JP3696349B2 - 光偏向器及び光ビーム走査装置 - Google Patents
光偏向器及び光ビーム走査装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光偏向器及び光ビーム走査装置に係り、特に、偏向方向が互いに交差するように配置された第１及び第２の音響光学偏向素子を備えた光偏向器、及び該光偏向器を備えた光ビーム走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、音響光学効果により光偏向を行う音響光学偏向素子（AcoustoOptic Deflector：以下、ＡＯＤという）が知られている。このＡＯＤは、例えば光ビーム走査装置等の光ビームの光路上に配置され、例えば走査手段により走査される光ビームをＡＯＤによって予め偏向することで被照射体への光ビーム照射位置を補正する等の用途に利用されている。また光ビーム走査装置において、被照射体への光ビーム照射位置を２次元的に補正（移動）させたい等の場合には、２個のＡＯＤを組み合わせ、光ビームの光路に沿って直列に、かつ２個のＡＯＤによる光ビームの偏向方向が互いに直交するように配置（タンデム配置）していた。
【０００３】
ところで、上記ＡＯＤのうち、異方性結晶内を進行する超音波と異方性結晶内を進行する光波との間に生じる異方ブラッグ回折を利用して光偏向を行うＡＯＤとして、音響光学媒体として低電力駆動が可能な二酸化テルル（ＴｅＯ2 ）の単結晶を用い、ＴｅＯ2 結晶の［１１０］軸方向に進行しかつ［１’１０］軸方向（ここで、１’とは−１方向を意味する）に変位する横波超音波によってＴｅＯ2 結晶内に入射した光波を回折させる構成が知られている（所謂オン-[１１０］型光偏向素子）。このＴｅＯ2 結晶を用いたＡＯＤは、音響光学媒体としてニオブ酸リチウム、または水晶を用いたＡＯＤと比較して大きな音響光学性能指数が得られ、高い回折効率が得られる。
【０００４】
しかしながら、オン-[１１０］型光偏向素子は、超音波の周波数の変化に対する回折効率の変化特性がフラットではなく、中心周波数付近において回折効率が大きく低下することによって回折光の光量が大幅に低下するので、使用可能な周波数帯域が狭いという問題があった。また、オン-[１１０］型光偏向素子で高い回折効率を得るためには光偏向素子に入射する光を円偏光とする必要があり、レーザ光源から射出された直線偏光のレーザ光を円偏光に変換するためにλ／４板が必要となるので、コストが嵩むという問題もあった。
【０００５】
上記の問題点を解消したＡＯＤとして、超音波の進行方向をＴｅＯ2 結晶の［１１０］軸方向から大きく傾けたオフ-[１１０］型光偏向素子が知られている（特開昭５１−９９０３９号公報参照）。このオフ-[１１０］型光偏向素子によれば、前述のオン-[１１０］型光偏向素子の問題点であった中心周波数付近における光量の低下が解消されると共に、入射させるレーザ光も直線偏光でよいのでλ／４板も不要である。
【０００６】
しかし、オフ-[１１０］型光偏向素子では、超音波の進行方向を［１１０］軸方向から大きく傾けているため、音響光学媒体として用いるＴｅＯ2 結晶のサイズを従来よりも大きくする必要があり、コストが嵩むという問題があった。そして、このコストが嵩むという問題は、特に光ビームを２次元に偏向させる等の目的で２個のＡＯＤをタンデムに配置した場合に顕著な問題となっていた。
【０００７】
なお、ＡＯＤを光ビーム走査装置の筐体等に実際に取付ける場合、従来は所期の回折効率を得るために、入射光の光軸と超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りにＡＯＤを所定角度回転させる調整（ブラッグ角の調整）、及び入射光の進行方向に直交する方向にＡＯＤを平行移動する調整は行われていたが、ＡＯＤを前記軸と異なる軸回りに回転させる調整は成されていなかった。
【０００８】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、広い周波数帯域に亘って高い回折効率で入射光を２次元に偏向することができ、かつ低コストの光偏向器、及びこの光偏向器を利用した光ビーム走査装置を得ることが目的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る光偏向器は、異方性結晶内を進行する超音波と異方性結晶内を進行する光波との間に生じる異方ブラッグ回折を利用した第１及び第２の音響光学偏向素子を備え、前記第１の音響光学偏向素子で偏向された光が前記第２の音響光学偏向素子に入射される光偏向器であって、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が第１の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と前記異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ前記入射光の偏光面が前記入射光の進行方向と前記超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第１の音響光学偏向素子が配置されており、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ第２の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が第２の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と前記異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ前記入射光の偏光面が前記入射光の進行方向と前記超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第２の音響光学偏向素子が配置されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項１記載の発明では、第２の音響光学偏向素子による偏向方向を第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差させると共に、異方ブラッグ回折が利用でき、かつ各偏向素子の異方性結晶の光学軸が各偏向素子に入射される入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように、各偏向素子を配置している。なお、本発明における入射光の偏光面は、入射光が直線偏光である場合には入射光の偏光方向を含む面を意味し、入射光が楕円偏光である場合には、入射光の偏光成分の長軸の偏光方向を含む面を意味する。
【００１３】
また、各偏向素子の異方性結晶の光学軸が、各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ各偏向素子への入射光の偏光面が、各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように各々配置することにより、各偏向素子の異方性結晶の光学軸が各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して所定角度傾斜し、かつ各偏向素子への入射光の偏光面が各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して所定角度傾斜した状態になる。
【００１４】
上記のように音響光学偏向素子を配置するには、入射光を固定しておいて音響光学偏向素子の姿勢を調整してもよいし、音響光学偏向素子を固定しておいて入射光の進行方向を調整してもよいし、音響光学偏向素子の姿勢及び入射光の進行方向の両方を調整してもよい。
【００１５】
本発明者等は、従来調整されていなかったブラッグ角以外の方向に音響光学偏向素子の姿勢を調整し、音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように音響光学偏向素子を配置すると、超音波の進行方向を異方性結晶の［１１０］軸方向から大きく傾けることなく広い周波数帯域に亘って高い回折効率が得られること、及び第１の音響光学偏向素子で偏向された光が第２の音響光学偏向素子に入射され、かつ入射光に対する偏向方向が互いに交差するように第１及び第２の音響光学偏向素子を配置して入射光を２次元に偏向できるように構成した光偏向器についても、光偏向器の各偏向素子の異方性結晶の光学軸が、各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように各偏向素子を配置すると、広い周波数帯域に亘って高い回折効率が得られることを実験により見い出し、本発明に想到したものである。
【００１６】
光偏向器の各偏向素子を上記のように配置することによって、各偏向素子の異方性結晶のサイズを大きくすることなく、入射光として直線偏光の光を用いて従来より回折効率を向上させることができ、広い周波数帯域に亘って高い回折効率で入射光を２次元に偏向できる光偏向器を低コストで得ることができる。
【００１７】
なお、光偏向器の各偏向素子を上記のように配置するにあたり、入射光を固定しておいて各偏向素子の姿勢を調整する場合には、具体的には請求項２に記載したように、第１の音響光学偏向素子を、第１の音響光学偏向素子への入射光の進行方向をｚ軸、前記入射光の偏光方向をｘ軸とするｘｙｚ座標系を定めたときに、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とｘ軸とが平行で、かつ前記異方性結晶の光学軸がｚ軸に一致した状態を第１の音響光学偏向素子の初期状態とし、該初期状態から、前記超音波の進行方向と同じ方向の軸回りに回転させると共にｚ軸と前記超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに所定角度回転させ、更にｚ軸回りに回転させて配置し、第２の音響光学偏向素子を、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ第２の音響光学偏向素子への入射光の進行方向をｚ’軸、前記入射光の偏光方向をｘ’軸とするｘ’ｙ’ｚ’座標系を定めたときに、第２の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とｘ’軸とが平行で、かつ前記異方性結晶の光学軸がｚ’軸に一致した状態を第２の音響光学偏向素子の初期状態とし、該初期状態から、前記超音波の進行方向と同じ方向の軸回りに回転させると共にｚ’軸と前記超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに所定角度回転させ、更にｚ’軸回りに回転させて配置することができる。
【００１８】
すなわち、請求項２の発明は、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶の［１１０］方向が入射光の偏光面に対して平行で、かつ［００１］方向をｚ軸に一致させた状態を第１の音響光学偏向素子の初期状態としたとき、第１の音響光学偏向素子を、前記初期状態から、ｚ軸と第１の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに第１の所定角度、［１１０］方向の軸回りに第２の所定角度、ｚ軸回りに第３の所定角度回転して配置すると共に、第２の音響光学偏向素子の異方性結晶の［１１０］方向が入射光の偏光面に対して平行で、かつ［００１］方向をｚ’軸に一致させた状態を第２の音響光学偏向素子の初期状態としたとき、第２の音響光学偏向素子を、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ前記初期状態から、ｚ’軸と第２の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに第１の所定角度、［１１０］方向の軸回りに第２の所定角度、ｚ’軸回りに第３の所定角度回転して配置したものである。
【００２２】
上記の各所定角度は、請求項３に記載したように、第１の所定角度はブラッグ角（例えば略４°）、第２の所定角度は略３°以上、第３の所定角度は略３０°〜略９０°とすることができ、これらの角度をこの範囲に設定すると回折効率を好ましい値にすることができる。
【００２３】
また、より好ましくは、第１の所定角度をブラッグ角（例えば略４°）、第２の所定角度を略７°〜略１０°、第３の所定角度を略４５°〜略９０°、より好ましくは、第１の所定角度をブラッグ角（略４°）、第２の所定角度を略９°〜略１０°、第３の所定角度を略７０°〜略９０°とすることができ、更に好ましくは請求項４に記載したように、第３の所定角度を略７０°〜略７５°とすることができる。第１〜第３の所定角度を上記のより好ましい値に調整した場合には、広い周波数帯域に亘って最も高くかつフラットな回折効率が得られる。
【００２４】
また、第１の音響光学偏向素子による偏向方向と第２の音響光学偏向素子による偏向方向は、請求項５に記載したように直交させることが好ましい。
【００２５】
また、各偏向素子の異方性結晶としては一軸結晶や二軸結晶を使用することができるが、請求項６に記載したように一軸結晶であることが好ましく、特に請求項７に記載したようにＴｅＯ2であることが好ましい。
【００２６】
また、請求項８に記載したように、第１及び第２の音響光学偏向素子を単一のパッケージに各々取付けて本発明に係る光偏向器を構成すれば、該光偏向器を光ビーム走査装置等に搭載する際に、前記単一のパッケージの姿勢を調整すれば、各偏向素子の姿勢の調整が完了することになるので好ましい。
【００２７】
また、上述した光偏向器は、請求項９に記載したように、光ビームを走査して画像記録を行う画像記録装置、または光ビームを走査して画像の読取を行う画像読取装置等の光ビーム走査装置に適用することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。まず本発明に係る第１の音響光学偏向素子単体について、第１の音響光学偏向素子としてＴｅＯ2 単結晶を用いたオン-[１１０］型光偏向素子（ＡＯＤ）を適用した場合を例に説明する。
【００２９】
図１に示すように、ＡＯＤは、頭部が斜めにカットされたＴｅＯ2 単結晶１０と、ＴｅＯ2 単結晶１０の底面に貼着されかつ結晶の［１１０］方向に進行しかつ［１’１０］方向に変位する横波超音波を発生するトランスデューサ１２から構成されている。なお、ＴｅＯ2 単結晶１０の頭部には吸音材（図示せず）を貼着してもよい。
【００３０】
このＡＯＤに対し、図１及び図２に示すように、ｚ軸が入射光の進行方向に一致し、ｘ軸が入射光の偏光方向（入射光は直線偏光とする）に一致し、かつｙ軸がｚ軸及びｘ軸から右手系で定まるｘｙｚ座標系を定める。また、図１に示すように、超音波の進行方向、すなわち結晶の［１１０］軸方向をｘ軸方向に一致させ、かつ光学軸である［００１］軸方向をｚ軸方向に一致させた状態をＡＯＤの初期状態とする。そして、この初期状態からＡＯＤの姿勢を調整するための３つの軸回りの角度、ブラッグ角θB 、あおり角θA 、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を各々次のように定める。
【００３１】
ブラッグ角θB は、入射光の進行方向（ｚ軸）と超音波進行方向とで形成される面内でのＡＯＤの回転（ｚ軸と超音波進行方向とで形成される面に垂直な軸Ｂ回りの回転）である。このブラッグ角θB は、超音波進行方向がｚ軸に垂直の場合をθB ＝０とし、ｚ軸方向の正方向側から超音波進行方向の正方向側にＡＯＤが回転されたとき（すなわち軸Ｂの正方向に向かって右ねじ方向に回転された状態）を正（θB ＞０）とする。
【００３２】
あおり角θA は、超音波進行方向の軸回り、すなわち［１１０］軸方向の軸Ａ回りの回転である。このあおり角θA は、結晶の光学軸［００１］が、入射光の偏光面を含む平面に対して平行のときをθA ＝０とし、超音波進行方向に対して右ねじの方向にＡＯＤが回転されたときを正（θA ＞０）とする。
【００３３】
入射光進行方向の軸回りの回転角θZ はｚ軸回りの回転であり、超音波進行方向がｘ軸と平行の場合（入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行の場合）をθZ ＝０とし、ｚ軸方向に対して右ねじの方向にＡＯＤが回転されたときを正（θZ ＞０）とする。
【００３４】
トランスデューサ１２にパワー０．２５Ｗの高周波信号を印加して超音波を進行させると共に偏光方向がｘ軸方向のレーザビームをｚ軸方向に沿って入射させ、あおり角θA を変化させ、ブラッグ角θB をブラッグ条件を満足するように調整したときの回折効率特性を図３に、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を変化させると共に、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ が各値のときに回折効率が最大になるようにあおり角θA を各々調整し、ブラッグ条件を満足する角度（≒４°）にブラッグ角θB を調整したときの駆動周波数７６ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、８４ＭＨｚにおける回折効率特性を図４に示す。なお、このときの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ とあおり角θA との関係を図５に示す。
【００３５】
なお、同じ回転角θZ に対してあおり角θA を調整すると、２つの特性が得られることが本願発明者等によって確認されており、上記の図４は回折効率の周波数特性がフラット（回折効率が周波数によらず略一定）の場合を示しているが、図６に回折効率の周波数特性の形状がピーク状（回折効率が中心周波数で高く、周辺で低い比較的急峻な形状）の場合を参考として示す。
【００３６】
図３から理解されるように、従来のようにブラッグ角θB のみ調整した場合（θB ≒４°、θZ ＝θA ＝０°）の回折効率（８０ＭＨｚで約５８％）と比較すると、ブラッグ角θB 及びあおり角θA の両方を調整することで、ＡＯＤの回折効率が向上している。特に、θA ≒±９°で回折効率ηがη≒９５％になっている。また、θA ≒±６°〜±９°で回折効率ηがη≒８０〜９５％になり、θA ≒±４°〜±９°で回折効率ηがη≒７０〜９５％になっている。回折効率ηを従来の回折効率より１０％程度以上高くする場合には、あおり角θA を略３°以上にすればよい。
【００３７】
また図４から理解されるように、従来のようにブラッグ角θB のみ調節した場合の回折効率（約５８％）と比較すると、ブラッグ角θB を調整すると共に、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ 及びあおり角θA を調節することで、ＡＯＤの回折効率が向上している。特に、θZ ≒±（７０°〜７５°）、θA ≒±（９°〜１０°）のときには回折効率ηはピークであるη≒９５％に達している。また、θZ ≒±（４５°〜９０°）、θA ≒±（７°〜１０°）で回折効率ηがη≒８０〜９５％になり、θZ ≒±（３０°〜９０°）、θA ≒±（５°〜１０°）で回折効率ηがη≒７０〜９５％になっている。
【００３８】
以上はブラッグ角θB が正の場合であるが、ブラッグ角θB が負（θB ≒−４°）の場合においても同様であり、回折効率ηがピーク（約９５％）になる場合をまとめると次の表１のようになる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
次に、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を、図４から得られる回折効率がピークとなる角度、例えばθZ ＝７０°に固定し、あおり角θA を変化させた場合の回折効率特性を図７に示す。図７から理解されるように、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を固定し、あおり角θA を変化させた場合にも、あおり角θA を例えばθA ≒１．５°以上に調節することで、回折効率を従来より向上させることができ、回折効率はθA ≒９°でη≒９５％、θA ≒４．５°以上でη≒８０〜９５％、θA ≒３°以上でη≒７０〜９５％になる。
【００４１】
従って、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ 及びあおり角θA を調整する場合において、最大の回折効率が得られる状態から、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を固定してあおり角θA を変化させた場合には、あおり角θA を略１．５°以上にすると回折効率を従来より向上させることができ、あおり角θA が略３°以上で略７０〜９５％の回折効率が得られ、あおり角θA が略４．５°以上で略８０〜９５％の回折効率が得られることになる。
【００４２】
上記は、中心周波数における結果であるが、所定の周波数帯域内で周波数を変化させたとしても、従来より回折効率は向上する。図８に、表１の回折効率がピークになる条件の１つである、θZ ＝７０°かつθA ≒９°における回折効率の周波数特性、θZ ＝９０°かつθA ≒９°にしたときの回折効率の周波数特性、及び従来の回折効率の周波数特性（θZ ＝±０°、θA ＝±０°）を示す。図８より明らかなように、所定の周波数帯域内の何れの周波数においても回折効率は従来より向上している。
【００４３】
以上より、ＡＯＤを、異方ブラッグ回折が利用できるように配置すると共に、異方性結晶の光学軸が、入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように配置することで、ＡＯＤの回折効率を向上させることができる。
【００４５】
次に、入射光を２次元に偏向するために、上記で説明した第１の音響光学偏向素子に、更に本発明に係る第２の音響光学偏向素子とを組み合わせた場合（本発明に係る光偏向器）について、第２の音響光学偏向素子として第１の音響光学偏向素子と同一の構成の偏向素子（オン-[１１０］型ＴｅＯ2 光偏向素子）を適用した場合を例に説明する。なお、以下では第１の音響光学偏向素子を第１のＡＯＤ、第２の音響光学偏向素子を第２のＡＯＤと称する。
【００４６】
図９に示すように、第２のＡＯＤは第１のＡＯＤから射出された回折光が入射されるように配置されている。この第２のＡＯＤに対し、第２のＡＯＤへの入射光の進行方向に一致するｚ’軸、第２のＡＯＤへの入射光の偏光方向（図９では便宜的に第２のＡＯＤへの入射光の偏光方向を、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向と９０°異ならせて示している）に一致するｘ’軸、ｚ’軸及びｘ’軸から右手系で定まるｙ’軸から成るｘ’ｙ’ｚ’座標系を定める。また、超音波の進行方向、すなわち結晶の［１１０］軸方向をｘ’軸方向に一致させ、かつ光学軸である［００１］軸方向をｚ’軸方向に一致させた状態を第２のＡＯＤの初期状態とする（図１参照）。
【００４７】
そして、第２のＡＯＤに対する姿勢角と区別するため、第１のＡＯＤに対するブラッグ角をθB1、あおり角をθA1、入射光進行方向の軸回りの回転角をθZ1とすると共に、第１のＡＯＤに対するブラッグ角θB1、あおり角θA1、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1と同様に、前述の初期状態から第２のＡＯＤの姿勢を調整するための３つの軸回りの角度として、第２のＡＯＤへの入射光の進行方向（ｚ’軸）と超音波進行方向とで形成される面内での第２のＡＯＤの回転（ｚ’軸と超音波進行方向とで形成される面に垂直な軸Ｂ’回りの回転）を表すブラッグ角θB '2、超音波進行方向の軸回り、すなわち［１１０］軸方向の軸Ａ’回りの回転を表すあおり角θA '2、第２のＡＯＤへの入射光の進行方向、すなわちｚ’軸回りの回転を表す入射光進行方向の軸回りの回転角θZ '2を各々定義する。
【００４８】
第２のＡＯＤに対するｘ’ｙ’ｚ’座標系は、第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向（及び射出方向）によって定まるため、第２のＡＯＤの姿勢を決定するにあたっては、第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向及び偏光状態（直線偏光か楕円偏光か）が問題となる。図１０には、ＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θｚを変化させたときの、ＡＯＤから射出される回折光の長軸の偏光方向θdi（但し、入射光の偏光方向を基準（＝０°）とする）の変化を示し、図１１には、ＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θｚを変化させたときの、回折光の偏光成分の長軸と短軸との比率の変化を示す。
【００４９】
図１０及び図１１に示す関係から、例えば次の条件を満足するように第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角及びあおり角を調整すれば、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの偏向方向が直交し、かつ高い回折効率が得られることが明らかとなった。
【００５０】
第１のＡＯＤ：θZ1≒＋８０°、θA1≒＋１０°
第２のＡＯＤ：θZ2≒−１０°（：θZ '2≒−８０°）、θA '2≒＋１０°
なおθZ2は、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ '2を、ｘｙｚ座標系から見たときの角度（第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向を０°としたときの角度）である。上記の条件について、図１２を参照しながら説明する。
【００５１】
図１２は、上記の条件に従って第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢を調整した場合を説明するための図であり、図１２の下から順に、（１）は第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向、（２）は第１のＡＯＤの姿勢、（３）は第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向、（４）は第２のＡＯＤの姿勢、（５）は第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向を、各々便宜的に図１２の紙面に垂直な方向を入射及び回折光の進行方向とみなして概念的に示している。
【００５２】
図１２（１）に示すように、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向が図１２の上下方向であるとすると、第１のＡＯＤに対するｘｙｚ座標系は図１２（１）に示すように定まる。第１のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度は先の条件からθZ1≒＋８０°であるので、図１２（２）に示すように、第１のＡＯＤは入射光の進行方向の軸回りに＋８０°回転されて配置される。なお、図１２（２）において白抜きで示す矢印は超音波の進行方向を表している。また、第１のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度θZ1≒＋８０°に対する最適なあおり角θA1は、図５よりθA1≒＋１０°である。図４からも明らかなように、第１のＡＯＤを上記姿勢角に調整することにより、第１のＡＯＤにおける回折効率はピーク付近の高い値となる。
【００５３】
第１のＡＯＤを上記の姿勢角に調整した場合、第１のＡＯＤから射出される回折光の（長軸の）偏光方向は、図１０からθdi1 ≒＋７０°となり（図１２（３）参照）、図１１からも明らかなように、この回折光はほぼ直線偏光であるとみなすことができる。そして、この回折光の偏光方向を基準として、第２のＡＯＤに対するｘ’ｙ’ｚ’座標系が図１２（３）に示すように定まる。
【００５４】
第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによって入射光を２次元に偏向するためには、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが、少なくとも交差（好ましくは直交）している必要がある。第１のＡＯＤによる偏向方向に対し、第２のＡＯＤによる偏向方向を直交させた場合、ｘｙｚ座標系から見た第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2はθZ2＝θZ1−９０°＝−１０°となる。第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向θdi1 はθdi1 ≒＋７０°であるので、この偏光方向を基準としたときの（ｘ’ｙ’ｚ’座標系から見た）第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角はθZ '2＝θZ2−θdi1 ≒−８０°となる。
【００５５】
また、第２のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度θZ '2≒−８０°に対する最適なあおり角θA '2は、図５よりθA '2≒−１０°である。図４からも明らかなように、第２のＡＯＤを上記姿勢角に調整することにより、第１のＡＯＤから射出された回折光に対する第２のＡＯＤの回折効率はピーク付近の高い値となる。そして、図１０からも明らかなように、第２のＡＯＤへの入射光の偏光方向を基準としたときの、第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向θdi'2は、θdi'2≒−７０°であるので、第２のＡＯＤから射出される回折光のｘｙｚ座標系から見た偏光方向θdi2 は、θdi2 ＝θdi1 ＋θdi'2≒０°となり、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向と略一致することになる。
【００５６】
第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤをタンデムに配置した場合の、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる総合的な回折効率の周波数特性を図１３に示す。図１３においてθZ1＝＋８０°として示す曲線は、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤを先に説明した条件で配置した場合の周波数特性であり、従来の配置方法による回折効率の周波数特性（θZ1＝±０°として示す曲線）と比較しても明らかなように、所定の周波数帯域内の何れの周波数においても回折効率は従来より大幅に向上している。
【００５７】
なお、上記ではθZ1＝＋８０°とした場合を例に説明したが、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの回折効率が共に高くなるのは、上記の条件に限定されるものではない。例えばθZ1＝−８０°とした場合にも、上記の条件と同等の回折効率が得られる条件が存在し、またブラッグ角θB ＜０とした場合にも上記の条件と同等の回折効率が得られる条件が存在している。また、｜θZ1｜＝８０°に限定されるものでもなく、例えば｜θZ1｜＝７０°、或いは｜θZ1｜＝８５°としてもよい。
【００５８】
また、図１３においてθZ1＝＋９０°として示す曲線は、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1をθZ1＝＋９０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2をθZ2＝０°とした場合であるが、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの各々に対し、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1、θZ2（正確にはθZ '2）に応じて、図５よりあおり角が適正に調整されているため、この場合にも回折効率は従来より向上する。
【００５９】
更に、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とは、必ずしも直交していなくてもよく、第１のＡＯＤの偏向方向と第２のＡＯＤの偏向方向が交差する、という条件の下で、第１のＡＯＤにおける回折効率及び第２のＡＯＤにおける回折効率が各々略最大となるように第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢を調整してもよい。例えば次の条件を満足するように第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角及びあおり角を調整した場合には、第１のＡＯＤの偏向方向と第２のＡＯＤの偏向方向は、交差するものの直交しないが、第１のＡＯＤにおける回折効率及び第２のＡＯＤにおける回折効率が各々略最大となるので、光偏向器として更に高い回折効率が得られる。
【００６０】
第１のＡＯＤ：θZ1≒＋７０°、θA1≒＋１０°
第２のＡＯＤ：θZ2≒−５°（：θZ '2≒−７０°）、θA '2≒＋１０°
上記の条件について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、上記の条件に従って第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢を調整した場合を説明するための図であり、図１４の下から順に、（１）は第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向、（２）は第１のＡＯＤの姿勢、（３）は第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向、（４）は第２のＡＯＤの姿勢、（５）は第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向を、各々便宜的に図１４の紙面に垂直な方向を入射及び回折光の進行方向とみなして概念的に示している。
【００６１】
図１４（１）に示すように、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向が図１４の上下方向であるとすると、第１のＡＯＤに対するｘｙｚ座標系は図１４（１）に示すように定まる。第１のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度は先の条件からθZ1≒＋７０°であるので、図１４（２）に示すように、第１のＡＯＤは入射光の進行方向の軸回りに＋７０°回転されて配置される。なお、図１４（２）において白抜きで示す矢印は超音波の進行方向を表している。また、第１のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度θZ1≒＋７０°に対する最適なあおり角θA1は、図５よりθA1≒＋１０°である。図４からも明らかなように、第１のＡＯＤを上記姿勢角に調整することにより、第１のＡＯＤにおける回折効率は略最大となる。
【００６２】
第１のＡＯＤを上記の姿勢角に調整した場合、第１のＡＯＤから射出される回折光の（長軸の）偏光方向は、図１０からθdi1 ≒＋６５°となり（図１４（３）参照）、図１１からも明らかなように、この回折光はほぼ直線偏光であるとみなすことができる。そして、この回折光の偏光方向を基準として、第２のＡＯＤに対するｘ’ｙ’ｚ’座標系が図１４（３）に示すように定まる。
【００６３】
第１のＡＯＤから射出された回折光に対し、第２のＡＯＤの回折効率が略最大となるときの、ｘ’ｙ’ｚ’座標系から見た第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ '2は、図４からも明らかなように、θZ '2≒＋７０°又は−７０°である。第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによって入射光を２次元に偏向するためには、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが交差し、かつ交差角度がなるべく９０°に近い角度であることが望ましいので、θZ '2≒−７０°とする（図１４（４）参照）。また、第２のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度θZ '2≒−７０°に対する最適なあおり角θA '2は、図５よりθA '2≒−１０°となる。
【００６４】
第１のＡＯＤから射出される回折光の（長軸の）偏光方向θdi1 はθdi1 ≒＋６５°であるので、ｘｙｚ座標系から見た第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2はθZ2＝θdi1 ＋θZ '2≒−５°となり、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向との交差角度は、交差角度＝θZ1−θZ2≒７５°となる（図１４（５）参照）。図４からも明らかなように、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤを上記姿勢角に調整することにより、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの回折効率が各々略最大となるので、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤをタンデム配置した光偏向器における回折効率も略最大となる。
【００６５】
また、図１０からも明らかなように、第２のＡＯＤへの入射光の偏光方向を基準としたときの、第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向θdi'2は、θdi'2≒−６５°であるので、第２のＡＯＤから射出される回折光のｘｙｚ座標系から見た偏光方向θdi2 は、θdi2 ＝θdi1 ＋θdi'2≒０°となり、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向と略一致することになる。
【００６６】
なお、上記のように、光偏向器の第１のＡＯＤの偏向方向と第２のＡＯＤの偏向方向が直交していない場合であっても、後述するように、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの少なくとも一方に対し、周波数変調の位相をずらしかつ振幅を調整した駆動信号を供給するようにすれば、光偏向器に入射された光を、互いに直交する２つの方向に沿って２次元に偏向することができる。
【００６７】
以上より、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤをタンデム配置した光偏向器においても、各ＡＯＤを異方ブラッグ回折が利用できるように配置すると共に、各ＡＯＤの異方性結晶の光学軸が、各ＡＯＤへの入射光の進行方向と各ＡＯＤの異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して各々平行にならないように各々配置することで、光偏向器の回折効率を向上させることができる。
【００６８】
次に、上記の光偏向器を利用した円筒内面走査型画像記録装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１５に示すように、本実施形態に係る画像記録装置は、レーザビームＬを発生するレーザビーム発生器１４と、レーザビーム発生器１４から発生されたレーザビームを３本のレーザビームＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 に分割するレーザビームスプリッタ１６とを備えている。
【００６９】
レーザビームＬ1 の射出側には、レーザビームＬ1 を、回転鏡３２に入射されるレーザビーム（回転鏡３２については後述）に対して設定したＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向に相当する方向に偏向する第１のＡＯＤ１８ｘと、第１のＡＯＤ１８ｘで回折されたレーザビームＬ1 をＹ軸方向に相当する方向に偏向すると共に画像情報に応じてレーザビームを強度変調（オンオフ変調）する第２のＡＯＤ１８ｙと、から成る光偏向器１８が配置されている。
【００７０】
またレーザビームＬ2 の射出側には、レーザビームＬ2 を偏向することなく画像情報に応じてレーザビームをオンオフ変調するＡＯＤ２０が配置されており、レーザビームＬ3 の射出側には、レーザビームＬ3 をＸ軸方向に相当する方向に偏向する第１のＡＯＤ２２ｘと、第１のＡＯＤ２２ｘで回折されたレーザビームＬ3 をＹ軸方向に相当する方向に偏向すると共に画像情報に応じてレーザビームをオンオフ変調する第２のＡＯＤ２２ｙと、から成る光偏向器２２が配置されている。
【００７１】
図１６に示すように、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘ及び第２のＡＯＤ１８ｙは、各々の姿勢が調整された状態で同一のパッケージ１８Ａ内に取付けされている。また、図示は省略するが、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘ及び第２のＡＯＤ２２ｙについても、各々の姿勢が調整された状態で同一のパッケージ内に取付けられている。従って、入射光に対する各光偏向器のパッケージの姿勢を調整することにより、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢の調整が完了するので、本実施形態に係る画像記録装置の製造が容易になる。
【００７２】
本実施形態では、各パッケージ内における光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘ及び第２のＡＯＤ１８ｙ、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘ及び第２のＡＯＤ２２ｙの各々の姿勢が、先に説明した条件、すなわちブラッグ角θB がθB ≒４°、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1がθZ1≒＋８０°、第１のＡＯＤのあおり角θA1がθA1≒＋１０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2がθZ2≒−１０°、第２のＡＯＤのあおり角θA '2がθA '2≒＋１０°となるように調整されている。
【００７３】
光偏向器１８、ＡＯＤ２０、及び光偏向器２２のレーザビーム射出側には、各々レーザビームをｘ軸の負の方向に反射するミラー２４、２６、２８が配置されおり、これらのミラーのレーザビーム反射側には、各ミラーから反射されたレーザビームを集光する集光レンズ３０、軸に対して４５°傾斜した反射面を備え、かつモータ３４により軸を中心として回転される円柱状の回転鏡３２が配置されている。なお、記録シートＳは、展開して図示した円筒状のドラム３６の内周面に保持されており、回転鏡３２は軸がドラム３６の中心軸と一致するように配置されている。
【００７４】
上記の画像記録装置では、レーザビームによって記録されるドットが記録シートＳ上でＭ方向に配列されている状態（図１５の状態）から回転鏡３２を９０°回転させると、図１７（１）に示すようにドット配列が９０°回転されことになる。すなわち、ドット配列が回転鏡３２の回転に伴って回転されることになり、回転鏡３２の反射面の中心に入射されないレーザビームＬ1 、Ｌ3 によって記録されるドットが単振動し、レーザビームＬ1 、Ｌ3 によって記録されるドットの軌跡は正弦波状になる。
【００７５】
これに対し、回転鏡３２の反射面が図１８（１）に示す向き（反射面の短軸がＹ軸と一致）の場合、Ｚ軸に沿って反射面の中心に入射するレーザビームＬ０の回転鏡３２への入射方向を、Ｘ軸方向に−θx だけ変位させたとすると、反射面で反射されたレーザビームのＸ軸に直交する平面上への照射位置がＺ軸方向に沿って＋Δｚだけ変位する。このレーザビームの照射位置の変位の方向は、前記Ｘ軸に直交する平面が記録シートＳであるとすると、図１５及び図１７に示すＭ方向（回転鏡３２の回転に伴うレーザビームの走査方向（θ方向）と直交する方向）である。
【００７６】
従って、レーザビームＬ1 に対し、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ＸによってＸ軸方向に相当する方向に偏向すると共に、正弦波状の振動が相殺されるように偏向量を余弦波状に変化させることで、図１７（１）に示すレーザビームＬ1 の軌跡を走査方向に沿った直線とすることができる。また、レーザビームＬ3 に対し、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ＸによってＸ軸方向に相当する方向に偏向すると共に、正弦波状の振動が相殺されるように偏向量を余弦波状に変化させることで、図１７（１）に示すレーザビームＬ3 の軌跡を走査方向に沿った直線とすることができる。
【００７７】
これにより、レーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 によって形成される３本の走査線を互いに平行にすることはできるが、各レーザビームによって形成される走査線端の位置は、図１７（２）に示すように互いにずれることになる。この走査線端の位置を揃えるためには、記録シートＳへのレーザビーム照射位置を走査方向（θ方向）にも変位させる必要がある。
【００７８】
これに対し、回転鏡３２の反射面が図１８（２）に示す向き（反射面の短軸がＹ軸と一致：先に説明した図１８（１）に示す向きと同一））の場合、Ｚ軸に沿って反射面の中心に入射するレーザビームＬ０の回転鏡３２への入射方向を、Ｙ軸方向に＋θY だけ変位させたとすると、反射面で反射されたレーザビームのＸ軸に直交する平面上への照射位置がＹ軸方向に沿って＋Δｙだけ変位する。このレーザビームの照射位置の変位の方向は、前記Ｘ軸に直交する平面が記録シートＳであるとすると、図１５及び図１７に示すθ方向（回転鏡３２の回転に伴うレーザビームの走査方向）である。
【００７９】
従って、例として図１８（３）にも示すように、レーザビームＬ０の回転鏡３２への入射方向を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に変位させる（図ではＸ、Ｙ軸方向にθXYだけ変位させている）ことにより、レーザビームの照射位置を２次元に変位させることができる。図１９（１）に示すように、回転鏡３２の反射面に入射するレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 の光スポットを、記録シートＳと共役な面Ｓ’に射影した場合、回転鏡３２の回転に伴う面Ｓ’上におけるレーザビームＬ1 及びＬ3 の光スポットの軌跡は、回転鏡３２の角速度をωとすると、
【００８０】
レーザビームＬ1 ：Ｘ＝−ａ・cos ωｔ ，Ｙ＝−ａ・sin ωｔ …（１）
レーザビームＬ3 ：Ｘ＝ａ・cos ωｔ ，Ｙ＝ａ・sin ωｔ …（２）
上記（１）式、（２）式で表される円となる（図１９（２）参照）。このため、レーザビームＬ1 を、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８Ｘ、第２のＡＯＤ１８Ｙにより上記（１）式に応じてＸ軸方向に相当する方向及びＹ軸方向に相当する方向に偏向し、レーザビームＬ3 を、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２Ｘ、第２のＡＯＤ２２Ｙにより上記（２）式に応じてＸ軸方向に相当する方向及びＹ軸方向に相当する方向に偏向することで、回転鏡３２から射出されるレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を常にＺ軸方向（記録シートＳ上のＭ方向）に沿って一定間隔で配列することができ、図１７（３）に示すように、レーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 によって形成される３本の走査線を、互いに平行でかつ端部の位置を揃えることができる。
【００８１】
上記に基づき、本実施形態では図２０に示す制御装置３８が設けられている。図２０に示すように、制御装置３８は各ＡＯＤのトランスデューサに接続されている。制御装置３８は制御回路４０を備えている。制御回路４０には、モータ３４に取り付けられた図示しないロータリエンコーダが接続されており、ロータリーエンコーダから入力されたモータの回転に同期した回転位置信号Ｐ及び主走査開始信号ＬＳＹＮＣに基づいてクロック信号を生成する。
【００８２】
制御回路４０には、余弦波電圧信号生成回路４２、正弦波電圧信号生成回路４４、定電圧信号生成回路４６、余弦波電圧信号生成回路４８、及び正弦波電圧信号生成回路５０が接続されている。余弦波電圧信号生成回路４２は、制御回路４０から入力されるクロック信号に従って、Ｘ＝−ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号（但し、ａは定数、ωはクロック信号が表すモータ３４（回転鏡３２）の角速度、ｔは経過時間）を生成する。また、正弦波電圧信号生成回路４４は、制御回路４０から入力されるクロック信号に従って、Ｙ＝−ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号を生成する。
【００８３】
また、定電圧信号生成回路４６は一定電圧の信号を生成する。余弦波電圧信号生成回路４８は制御回路４０から入力されるクロック信号に従って、Ｘ＝ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号を生成する。そして正弦波電圧信号生成回路５０は、制御回路４０から入力されるクロック信号に従って、Ｙ＝ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号を生成する。
【００８４】
上記の電圧信号生成回路４２〜５０は、入力された信号の電圧レベルに応じた周波数の高周波信号を出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅに接続されている。従って、ＶＣＯ５２ＡからはＸ＝−ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が出力され、ＶＣＯ５２ＢからはＹ＝−ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が出力され、ＶＣＯ５２ＤからはＸ＝ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が出力され、ＶＣＯ５２ＥからはＹ＝ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が出力されることになる。またＶＣＯ５２Ｃからは一定周波数の高周波信号が出力される。
【００８５】
ＶＣＯ５２Ａの出力端は、増幅器５６Ａを介して光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘのトランスデューサに接続されており、ＶＣＯ５２Ｄの出力端は、増幅器５６Ｄを介して光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘのトランスデューサに接続されている。ＶＣＯ５２Ａ、５２Ｄから出力された信号は、増幅器５６Ａ、５６Ｄで増幅されて第１のＡＯＤ１８ｘ、第１のＡＯＤ２２ｘのトランスデューサに各々入力される。
【００８６】
また、ＶＣＯ５２Ｂの出力端は、変調器５４Ａ、増幅器５６Ｂを介して光偏向器１８の第２のＡＯＤ１８ｙのトランスデューサに接続されており、ＶＣＯ５２Ｃの出力端は、変調器５４Ｂ、増幅器５６Ｃを介してＡＯＤ２０のトランスデューサに接続されており、ＶＣＯ５２Ｅの出力端は、変調器５４Ｃ、増幅器５６Ｅを介して光偏向器２２の第２のＡＯＤ２２ｙのトランスデューサに接続されている。また、制御回路４０には２値画像信号生成回路５８が接続されており、２値画像信号生成回路５８の出力端は変調器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃに各々接続されている。
【００８７】
２値画像信号生成回路５８は、制御回路４０から入力されたクロック信号と同期したタイミングで変調器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃに２値画像信号を出力する。ＶＣＯ５２Ｂ、ＶＣＯ５２Ｃ、ＶＣＯ５２Ｅから出力された高周波信号は、２値画像信号生成回路５８から入力された２値画像信号に応じて変調器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃで各々オンオフ変調され、増幅器５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｅによって増幅された後に、第２のＡＯＤ１８ｙ、ＡＯＤ２０、第２のＡＯＤ２２ｙのトランスデューサに各々入力される。
【００８８】
次に、画像記録装置の動作について説明する。レーザビーム発生器１４から射出されたレーザビームＬはビームスプリッタ１６によってレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 に分割される。ビームスプリッタ１６から射出されたレーザビームＬ2 は、ＡＯＤ２０に入射される。ＡＯＤ２０のトランスデューサには、２値画像信号に応じてオンオフ変調された一定周波数の高周波信号が入力されるので、ＡＯＤ２０に入射されたレーザビームＬ2 は、ｘ軸に相当する方向及びｙ軸に相当する方向に偏向（回折）されることなく、２値画像信号に応じたオンオフのみが行われてＡＯＤ２０から射出され、ミラー２６で反射され、集光レンズ３０を介して回転鏡３２に入射される。
【００８９】
また、ビームスプリッタ１６から射出されたレーザビームＬ1 は、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘに入射される。第１のＡＯＤ１８ｘのトランスデューサには、Ｘ＝−ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が入力されるので、第１のＡＯＤ１８ｘに入射されたレーザビームＬ1 は、ｘ軸に相当する方向に偏向（回折）されると共に、その偏向量がＸ＝−ａ・cos ωｔに応じて随時変化されて第１のＡＯＤ１８ｘから射出され、光偏向器１８の第２のＡＯＤ１８ｙに入射される。
【００９０】
また、第２のＡＯＤ１８ｙのトランスデューサには、Ｙ＝−ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号に応じて周波数変調されると共に、２値画像信号に応じてオンオフ変調された高周波信号が入力されるので、第２のＡＯＤ１８ｙに入射されたレーザビームＬ1 は、ｙ軸に相当する方向に偏向されると共に、その偏向量がＹ＝−ａ・sin ωｔに応じて随時変化され、更に２値画像信号に応じたオンオフが行われて第２のＡＯＤ１８ｙから射出される。第２のＡＯＤ１８ｙから射出されたレーザビームＬ1 は、ミラー２４で反射され、集光レンズ３０を介して回転鏡３２に入射される。
【００９１】
更に、ビームスプリッタ１６から射出されたレーザビームＬ3 は、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘに入射される。第１のＡＯＤ２２ｘのトランスデューサには、Ｘ＝ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が入力されるので、第１のＡＯＤ２２ｘに入射されたレーザビームＬ3 は、ｘ軸に相当する方向に偏向（回折）されると共に、その偏向量がＸ＝ａ・cos ωｔに応じて随時変化されて第１のＡＯＤ２２ｘから射出され、光偏向器２２の第２のＡＯＤ２２ｙに入射される。
【００９２】
また、第２のＡＯＤ２２ｙのトランスデューサには、Ｙ＝ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号に応じて周波数変調されると共に、２値画像信号に応じてオンオフ変調された高周波信号が入力されるので、第２のＡＯＤ２２ｙに入射されたレーザビームＬ3 は、ｙ軸に相当する方向に偏向されると共に、その偏向量がＹ＝ａ・sin ωｔに応じて随時変化され、更に２値画像信号に応じたオンオフが行われて第２のＡＯＤ２２ｙから射出される。第２のＡＯＤ２２ｙから射出されたレーザビームＬ3 は、ミラー２８で反射され、集光レンズ３０を介して回転鏡３２に入射される。
【００９３】
回転鏡３２はｚ軸を中心に回転しているので、回転鏡３２に入射された３本のレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 は、回転鏡３２の反射面で反射されることによって、記録シートＳ上を走査される。また、レーザビームＬ1 は、光偏向器１８により（１）式に応じてｘ軸に相当する方向及びｙ軸に相当する方向に偏向されており、レーザビームＬ3 は、光偏向器２２により（２）式に応じてｘ軸に相当する方向及びｙ軸に相当する方向に偏向されているので、図１７（３）に示すように、レーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 によって記録シートＳ上に形成される３本の走査線は、互いに平行でかつ端部の位置が揃うことになる。従って、画像を構成する各走査線の主走査方向の記録範囲が同一で、かつ歪みが生ずることのないように、記録シートＳに高精度に画像を記録することができる。
【００９４】
また、本実施形態では先に説明したように、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘと第２のＡＯＤ１８ｙ、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘと第２のＡＯＤ２２ｙの各々の姿勢が、ブラッグ角θB がθB ≒４°、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1がθZ1≒＋８０°、第１のＡＯＤのあおり角θA1がθA1≒＋１０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2がθZ2≒−１０°、第２のＡＯＤのあおり角θA '2がθA '2≒＋１０°となるように調整されているので、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる総合的な回折効率が従来に比して非常に高く、レーザビーム発生器１４から射出されるレーザビームのエネルギーを有効に利用して画像を記録することができる。
【００９５】
なお、上記では光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘ及び第２のＡＯＤ１８ｙ、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘ及び第２のＡＯＤ２２ｙの各々の姿勢を、ブラッグ角θB がθB ≒４°、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1がθZ1≒＋８０°、第１のＡＯＤのあおり角θA1がθA1≒＋１０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2がθZ2≒−１０°、第２のＡＯＤのあおり角θA '2がθA '2≒＋１０°となるように、すなわち第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが直交するように調整した場合を例に説明したが、入射光を２次元に偏向するためには、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが少なくとも交差していればよく、例えば第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢を、ブラッグ角θB がθB ≒４°、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1がθZ1≒＋７０°、第１のＡＯＤのあおり角θA1がθA1≒＋１０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2がθZ2≒−５°、第２のＡＯＤのあおり角θA '2がθA '2≒＋１０°となるように調整してもよい。これにより、第１のＡＯＤによる回折効率、第２のＡＯＤによる回折効率が各々略最大となり、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる総合的な回折効率を略最大とすることができる。
【００９６】
但しこの場合、第１のＡＯＤによる偏向方向及び第２のＡＯＤによる偏向方向の少なくとも一方が、回転鏡３２に入射されるレーザビームに対して設定したＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向に相当する方向、又はＹ軸方向に相当する方向からずれることになるので、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが直交させた場合と同様に第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤを駆動したとすると、回転鏡３２の反射面に入射するレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 の光スポットを記録シートＳと共役な面Ｓ’に射影したとき（図１９（１）参照）の面Ｓ’上におけるレーザビームＬ1 及びＬ3 の光スポットの軌跡は、（１）式又は（２）式で表される真円とはならず、楕円になるという問題がある。
【００９７】
これに対しては、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤのトランスデューサに入力する高周波信号の周波数変調の位相及び振幅を変化させて（ＶＣＯ５２に入力する余弦波電圧信号又は正弦波電圧信号の位相及び振幅を変化させて）、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによるレーザビームの偏向量を変化させれば、レーザビームＬ1 及びＬ3 の光スポットの軌跡を、（１）式又は（２）式で表される真円とすることができる。
【００９８】
以下、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを非直交とした場合に、光スポットの軌跡を真円とするための第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる偏向量を求める。
【００９９】
例として図２１に示すように、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを直交させたときの各ＡＯＤによる偏向方向を単位ベクトルｉ0 ，j 0 で表し、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを非直交にしたとき（このときの交差角をθとする）の各ＡＯＤによる偏向方向を単位ベクトルｉ，j で表すものとする。任意の位置のベクトルｘを、直交している単位ベクトルｉ0 ，j 0 及び非直交の単位ベクトルｉ，j で表すと、
ｘ＝ａ0 ・ｉ0 ＋ｂ0 ・j 0 …（３）
ｘ＝ａ・ｉ＋ｂ・j …（４）
となり、係数ａ0 ，ｂ0 と係数ａ，ｂとの関係は
【０１００】
【数１】
【０１０１】
となる。次にベクトルｘをレーザビームの光スポットの位置とみなし、光スポットの軌跡（ベクトルｘの軌跡）が真円となるための条件を求める。単位ベクトルｉ0 ，j 0 を用いて光スポットの軌跡（真円）を表すと、（３）式における係数ａ0 ，ｂ0 は時間の関数となり、次のように表される。
【０１０２】
ａ0 （ｔ）＝cos(ω＋φ） …（７）
ｂ0 （ｔ）＝sin(ω＋φ） …（８）
但し、φはｔ＝０のときの位相を表し、ｔ＝０（光スポットの位置がベクトルｉ0 に一致するときをｔ＝０とする）のときをφ＝０とする。また、（７）式及び（８）式では、光スポットが単位ベクトルｉ0 から単位ベクトルｊ0 へ向かう方向（図２１における時計回り方向）に沿って旋回するものとした。次に（７）式及び（８）式を（５）式及び（６）式に代入することにより、単位ベクトルｉ，j を用いて光スポットの軌跡（真円）を表すしたときの（４）式の係数ａ，ｂを求めると、次のようになる。
【０１０３】
【数２】
【０１０４】
ここで、θC ＝π／２−θなる非直交角θC を定義すると、cot θ＝tan θC となるので、（９）式及び（10) 式は、
【０１０５】
【数３】
【０１０６】
となる。従って、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを非直交（θ≠９０°）とした場合であっても、第１のＡＯＤによる偏向量及び第２のＡＯＤによる偏向量が（11) 式及び（12）式で表される変化となるように、すなわち、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを直交させたときと比較して、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる偏向量が各々（１／ cosθC ）倍となり、かつ一方のＡＯＤによる偏向量の変化の位相が他方のＡＯＤによる偏向量の変化の位相に対してθC だけずれるように、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤに入力する高周波信号の周波数変調の位相及び振幅を変化させれば、レーザビームの光スポットの軌跡を真円にすることができる。
【０１０７】
また、上記では音響光学媒体としてＴｅＯ2 単結晶を用いた例を説明したが、ＰｂＭｏＯ4 その他の一軸結晶や二軸結晶を使用することもできる。
【０１０８】
また、上記では本発明に係る光ビーム走査装置として画像記録装置を例に説明したが、これに限定されるものではなく、被照射体上に光ビームを走査させ、被照射体を反射又は透過した光ビームの光量を検出して被照射体上に記録されている画像を読み取る画像読取装置等の他の光ビーム走査装置に適用することも可能である。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が第１の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と第１の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第１の音響光学偏向素子を配置すると共に、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ第２の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が、第２の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と第２の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第２の音響光学偏向素子を配置したので、広い周波数帯域に亘って高い回折効率で入射光を２次元に偏向することができ、かつ低コストの光偏向器が得られる、という優れた効果を有する。
【０１１０】
また本発明は、上記の光偏向器を利用して、回折効率を向上した低コストの光ビーム走査装置が得られる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るＡＯＤの概略図である。
【図２】ＡＯＤを回転させる軸を説明するためのＡＯＤ単体の斜視図である。
【図３】あおり角θA のみを変化させた場合のＡＯＤ単体の回折効率の変化を示す線図である。
【図４】あおり角θA 及び入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を変化させた場合の、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ の変化に対するＡＯＤ単体の回折効率の変化を示す線図である。
【図５】図４に示した回折効率特性を得るための入射光進行方向の軸回りの回転角θZ とあおり角θA との関係を示す線図である。
【図６】入射光進行方向の軸回りの回転角θZ の変化に対する回折効率の変化（回折効率の周波数特性の形状がピーク状（急峻な形状）の場合）を示す線図である。
【図７】入射光進行方向の軸回りの回転角θZ が７０°のときのあおり角θA の変化に対するＡＯＤ単体の回折効率の変化を示す線図である。
【図８】入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を７０°、９０°、±０°とし、かつ所定周波数帯域内で駆動周波数を変化させたときのＡＯＤ単体での回折効率の変化を各々示す線図である。
【図９】第１のＡＯＤと第２のＡＯＤをタンデム配置した光偏向器において、各ＡＯＤを回転させる軸を説明するための光偏向器の斜視図である。
【図１０】入射光進行方向の軸回りの回転角θｚを変化させたときの、ＡＯＤから射出される回折光の長軸の偏光方向θdi（但し、入射光の偏光方向を基準（＝０°）とする）の変化を示す線図である。
【図１１】駆動周波数を各値とし、かつ入射光進行方向の軸回りの回転角θｚを変化させたときの、回折光の偏光成分の長軸と短軸との比率の変化を各々示す線図である。
【図１２】光偏向器の第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの偏向方向が直交し、かつ高い回折効率を得るための条件を説明するための、（１）は第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向、（２）は第１のＡＯＤの姿勢、（３）は第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向、（４）は第２のＡＯＤの姿勢、（５）は第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向を各々示す概念図である。
【図１３】第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1を＋８０°、＋９０°、±０°とし、かつ所定周波数帯域内で駆動周波数を変化させたときの、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの総合的な（光偏向器の）回折効率の変化を各々示す線図である。
【図１４】光偏向器で高い回折効率を得るための他の条件を説明するための、（１）は第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向、（２）は第１のＡＯＤの姿勢、（３）は第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向、（４）は第２のＡＯＤの姿勢、（５）は第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向を各々示す概念図である。
【図１５】本実施形態に係る画像記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１６】光偏向器を構成する第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤが同一のパッケージ内に取付けられている状態を示す斜視図である。
【図１７】（１）は回転鏡によって偏向された３本のレーザビームによって記録シート上に記録される走査線、（２）はレーザビームをｘ軸方向に相当する方向に偏向して像の回転を補正した場合の走査線、（３）はレーザビームを２次元に偏向して走査線長の相違も補正した場合の走査線を各々示す平面図である。
【図１８】回転鏡の反射面に入射するレーザビームＬ０の入射方向を、（１）はＸ軸方向に−θx だけ変位させた場合、（２）はＹ軸方向に＋θY だけ変位させた場合、（３）はＸ、Ｙ軸方向にθxYだけ変位させた場合を各々示す斜視図である。
【図１９】（１）は回転鏡の反射面に入射する３本のレーザビームの光スポットを、記録シートと共役な面Ｓ’に射影した場合を説明する概念図、（２）は面Ｓ’上での各レーザビームの光スポットの軌跡を示す平面図である。
【図２０】本実施形態に係る画像記録装置の制御装置の概略ブロック図である。
【図２１】第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを非直交とした場合に、レーザビームの光スポットの軌跡を真円とするための条件を求める過程を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０ ＴｅＯ2 単結晶
１２ トランスデューサ
１８ 光偏向器
１８ｘ 第１のＡＯＤ
１８ｙ 第２のＡＯＤ
２０ ＡＯＤ
２２ 光偏向器
２２ｘ 第１のＡＯＤ
２２ｙ 第２のＡＯＤ
【発明の属する技術分野】
本発明は光偏向器及び光ビーム走査装置に係り、特に、偏向方向が互いに交差するように配置された第１及び第２の音響光学偏向素子を備えた光偏向器、及び該光偏向器を備えた光ビーム走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、音響光学効果により光偏向を行う音響光学偏向素子（AcoustoOptic Deflector：以下、ＡＯＤという）が知られている。このＡＯＤは、例えば光ビーム走査装置等の光ビームの光路上に配置され、例えば走査手段により走査される光ビームをＡＯＤによって予め偏向することで被照射体への光ビーム照射位置を補正する等の用途に利用されている。また光ビーム走査装置において、被照射体への光ビーム照射位置を２次元的に補正（移動）させたい等の場合には、２個のＡＯＤを組み合わせ、光ビームの光路に沿って直列に、かつ２個のＡＯＤによる光ビームの偏向方向が互いに直交するように配置（タンデム配置）していた。
【０００３】
ところで、上記ＡＯＤのうち、異方性結晶内を進行する超音波と異方性結晶内を進行する光波との間に生じる異方ブラッグ回折を利用して光偏向を行うＡＯＤとして、音響光学媒体として低電力駆動が可能な二酸化テルル（ＴｅＯ2 ）の単結晶を用い、ＴｅＯ2 結晶の［１１０］軸方向に進行しかつ［１’１０］軸方向（ここで、１’とは−１方向を意味する）に変位する横波超音波によってＴｅＯ2 結晶内に入射した光波を回折させる構成が知られている（所謂オン-[１１０］型光偏向素子）。このＴｅＯ2 結晶を用いたＡＯＤは、音響光学媒体としてニオブ酸リチウム、または水晶を用いたＡＯＤと比較して大きな音響光学性能指数が得られ、高い回折効率が得られる。
【０００４】
しかしながら、オン-[１１０］型光偏向素子は、超音波の周波数の変化に対する回折効率の変化特性がフラットではなく、中心周波数付近において回折効率が大きく低下することによって回折光の光量が大幅に低下するので、使用可能な周波数帯域が狭いという問題があった。また、オン-[１１０］型光偏向素子で高い回折効率を得るためには光偏向素子に入射する光を円偏光とする必要があり、レーザ光源から射出された直線偏光のレーザ光を円偏光に変換するためにλ／４板が必要となるので、コストが嵩むという問題もあった。
【０００５】
上記の問題点を解消したＡＯＤとして、超音波の進行方向をＴｅＯ2 結晶の［１１０］軸方向から大きく傾けたオフ-[１１０］型光偏向素子が知られている（特開昭５１−９９０３９号公報参照）。このオフ-[１１０］型光偏向素子によれば、前述のオン-[１１０］型光偏向素子の問題点であった中心周波数付近における光量の低下が解消されると共に、入射させるレーザ光も直線偏光でよいのでλ／４板も不要である。
【０００６】
しかし、オフ-[１１０］型光偏向素子では、超音波の進行方向を［１１０］軸方向から大きく傾けているため、音響光学媒体として用いるＴｅＯ2 結晶のサイズを従来よりも大きくする必要があり、コストが嵩むという問題があった。そして、このコストが嵩むという問題は、特に光ビームを２次元に偏向させる等の目的で２個のＡＯＤをタンデムに配置した場合に顕著な問題となっていた。
【０００７】
なお、ＡＯＤを光ビーム走査装置の筐体等に実際に取付ける場合、従来は所期の回折効率を得るために、入射光の光軸と超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りにＡＯＤを所定角度回転させる調整（ブラッグ角の調整）、及び入射光の進行方向に直交する方向にＡＯＤを平行移動する調整は行われていたが、ＡＯＤを前記軸と異なる軸回りに回転させる調整は成されていなかった。
【０００８】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、広い周波数帯域に亘って高い回折効率で入射光を２次元に偏向することができ、かつ低コストの光偏向器、及びこの光偏向器を利用した光ビーム走査装置を得ることが目的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る光偏向器は、異方性結晶内を進行する超音波と異方性結晶内を進行する光波との間に生じる異方ブラッグ回折を利用した第１及び第２の音響光学偏向素子を備え、前記第１の音響光学偏向素子で偏向された光が前記第２の音響光学偏向素子に入射される光偏向器であって、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が第１の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と前記異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ前記入射光の偏光面が前記入射光の進行方向と前記超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第１の音響光学偏向素子が配置されており、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ第２の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が第２の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と前記異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ前記入射光の偏光面が前記入射光の進行方向と前記超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第２の音響光学偏向素子が配置されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項１記載の発明では、第２の音響光学偏向素子による偏向方向を第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差させると共に、異方ブラッグ回折が利用でき、かつ各偏向素子の異方性結晶の光学軸が各偏向素子に入射される入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように、各偏向素子を配置している。なお、本発明における入射光の偏光面は、入射光が直線偏光である場合には入射光の偏光方向を含む面を意味し、入射光が楕円偏光である場合には、入射光の偏光成分の長軸の偏光方向を含む面を意味する。
【００１３】
また、各偏向素子の異方性結晶の光学軸が、各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ各偏向素子への入射光の偏光面が、各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように各々配置することにより、各偏向素子の異方性結晶の光学軸が各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して所定角度傾斜し、かつ各偏向素子への入射光の偏光面が各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して所定角度傾斜した状態になる。
【００１４】
上記のように音響光学偏向素子を配置するには、入射光を固定しておいて音響光学偏向素子の姿勢を調整してもよいし、音響光学偏向素子を固定しておいて入射光の進行方向を調整してもよいし、音響光学偏向素子の姿勢及び入射光の進行方向の両方を調整してもよい。
【００１５】
本発明者等は、従来調整されていなかったブラッグ角以外の方向に音響光学偏向素子の姿勢を調整し、音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように音響光学偏向素子を配置すると、超音波の進行方向を異方性結晶の［１１０］軸方向から大きく傾けることなく広い周波数帯域に亘って高い回折効率が得られること、及び第１の音響光学偏向素子で偏向された光が第２の音響光学偏向素子に入射され、かつ入射光に対する偏向方向が互いに交差するように第１及び第２の音響光学偏向素子を配置して入射光を２次元に偏向できるように構成した光偏向器についても、光偏向器の各偏向素子の異方性結晶の光学軸が、各偏向素子への入射光の進行方向と各偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように各偏向素子を配置すると、広い周波数帯域に亘って高い回折効率が得られることを実験により見い出し、本発明に想到したものである。
【００１６】
光偏向器の各偏向素子を上記のように配置することによって、各偏向素子の異方性結晶のサイズを大きくすることなく、入射光として直線偏光の光を用いて従来より回折効率を向上させることができ、広い周波数帯域に亘って高い回折効率で入射光を２次元に偏向できる光偏向器を低コストで得ることができる。
【００１７】
なお、光偏向器の各偏向素子を上記のように配置するにあたり、入射光を固定しておいて各偏向素子の姿勢を調整する場合には、具体的には請求項２に記載したように、第１の音響光学偏向素子を、第１の音響光学偏向素子への入射光の進行方向をｚ軸、前記入射光の偏光方向をｘ軸とするｘｙｚ座標系を定めたときに、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とｘ軸とが平行で、かつ前記異方性結晶の光学軸がｚ軸に一致した状態を第１の音響光学偏向素子の初期状態とし、該初期状態から、前記超音波の進行方向と同じ方向の軸回りに回転させると共にｚ軸と前記超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに所定角度回転させ、更にｚ軸回りに回転させて配置し、第２の音響光学偏向素子を、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ第２の音響光学偏向素子への入射光の進行方向をｚ’軸、前記入射光の偏光方向をｘ’軸とするｘ’ｙ’ｚ’座標系を定めたときに、第２の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とｘ’軸とが平行で、かつ前記異方性結晶の光学軸がｚ’軸に一致した状態を第２の音響光学偏向素子の初期状態とし、該初期状態から、前記超音波の進行方向と同じ方向の軸回りに回転させると共にｚ’軸と前記超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに所定角度回転させ、更にｚ’軸回りに回転させて配置することができる。
【００１８】
すなわち、請求項２の発明は、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶の［１１０］方向が入射光の偏光面に対して平行で、かつ［００１］方向をｚ軸に一致させた状態を第１の音響光学偏向素子の初期状態としたとき、第１の音響光学偏向素子を、前記初期状態から、ｚ軸と第１の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに第１の所定角度、［１１０］方向の軸回りに第２の所定角度、ｚ軸回りに第３の所定角度回転して配置すると共に、第２の音響光学偏向素子の異方性結晶の［１１０］方向が入射光の偏光面に対して平行で、かつ［００１］方向をｚ’軸に一致させた状態を第２の音響光学偏向素子の初期状態としたとき、第２の音響光学偏向素子を、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ前記初期状態から、ｚ’軸と第２の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに第１の所定角度、［１１０］方向の軸回りに第２の所定角度、ｚ’軸回りに第３の所定角度回転して配置したものである。
【００２２】
上記の各所定角度は、請求項３に記載したように、第１の所定角度はブラッグ角（例えば略４°）、第２の所定角度は略３°以上、第３の所定角度は略３０°〜略９０°とすることができ、これらの角度をこの範囲に設定すると回折効率を好ましい値にすることができる。
【００２３】
また、より好ましくは、第１の所定角度をブラッグ角（例えば略４°）、第２の所定角度を略７°〜略１０°、第３の所定角度を略４５°〜略９０°、より好ましくは、第１の所定角度をブラッグ角（略４°）、第２の所定角度を略９°〜略１０°、第３の所定角度を略７０°〜略９０°とすることができ、更に好ましくは請求項４に記載したように、第３の所定角度を略７０°〜略７５°とすることができる。第１〜第３の所定角度を上記のより好ましい値に調整した場合には、広い周波数帯域に亘って最も高くかつフラットな回折効率が得られる。
【００２４】
また、第１の音響光学偏向素子による偏向方向と第２の音響光学偏向素子による偏向方向は、請求項５に記載したように直交させることが好ましい。
【００２５】
また、各偏向素子の異方性結晶としては一軸結晶や二軸結晶を使用することができるが、請求項６に記載したように一軸結晶であることが好ましく、特に請求項７に記載したようにＴｅＯ2であることが好ましい。
【００２６】
また、請求項８に記載したように、第１及び第２の音響光学偏向素子を単一のパッケージに各々取付けて本発明に係る光偏向器を構成すれば、該光偏向器を光ビーム走査装置等に搭載する際に、前記単一のパッケージの姿勢を調整すれば、各偏向素子の姿勢の調整が完了することになるので好ましい。
【００２７】
また、上述した光偏向器は、請求項９に記載したように、光ビームを走査して画像記録を行う画像記録装置、または光ビームを走査して画像の読取を行う画像読取装置等の光ビーム走査装置に適用することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。まず本発明に係る第１の音響光学偏向素子単体について、第１の音響光学偏向素子としてＴｅＯ2 単結晶を用いたオン-[１１０］型光偏向素子（ＡＯＤ）を適用した場合を例に説明する。
【００２９】
図１に示すように、ＡＯＤは、頭部が斜めにカットされたＴｅＯ2 単結晶１０と、ＴｅＯ2 単結晶１０の底面に貼着されかつ結晶の［１１０］方向に進行しかつ［１’１０］方向に変位する横波超音波を発生するトランスデューサ１２から構成されている。なお、ＴｅＯ2 単結晶１０の頭部には吸音材（図示せず）を貼着してもよい。
【００３０】
このＡＯＤに対し、図１及び図２に示すように、ｚ軸が入射光の進行方向に一致し、ｘ軸が入射光の偏光方向（入射光は直線偏光とする）に一致し、かつｙ軸がｚ軸及びｘ軸から右手系で定まるｘｙｚ座標系を定める。また、図１に示すように、超音波の進行方向、すなわち結晶の［１１０］軸方向をｘ軸方向に一致させ、かつ光学軸である［００１］軸方向をｚ軸方向に一致させた状態をＡＯＤの初期状態とする。そして、この初期状態からＡＯＤの姿勢を調整するための３つの軸回りの角度、ブラッグ角θB 、あおり角θA 、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を各々次のように定める。
【００３１】
ブラッグ角θB は、入射光の進行方向（ｚ軸）と超音波進行方向とで形成される面内でのＡＯＤの回転（ｚ軸と超音波進行方向とで形成される面に垂直な軸Ｂ回りの回転）である。このブラッグ角θB は、超音波進行方向がｚ軸に垂直の場合をθB ＝０とし、ｚ軸方向の正方向側から超音波進行方向の正方向側にＡＯＤが回転されたとき（すなわち軸Ｂの正方向に向かって右ねじ方向に回転された状態）を正（θB ＞０）とする。
【００３２】
あおり角θA は、超音波進行方向の軸回り、すなわち［１１０］軸方向の軸Ａ回りの回転である。このあおり角θA は、結晶の光学軸［００１］が、入射光の偏光面を含む平面に対して平行のときをθA ＝０とし、超音波進行方向に対して右ねじの方向にＡＯＤが回転されたときを正（θA ＞０）とする。
【００３３】
入射光進行方向の軸回りの回転角θZ はｚ軸回りの回転であり、超音波進行方向がｘ軸と平行の場合（入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行の場合）をθZ ＝０とし、ｚ軸方向に対して右ねじの方向にＡＯＤが回転されたときを正（θZ ＞０）とする。
【００３４】
トランスデューサ１２にパワー０．２５Ｗの高周波信号を印加して超音波を進行させると共に偏光方向がｘ軸方向のレーザビームをｚ軸方向に沿って入射させ、あおり角θA を変化させ、ブラッグ角θB をブラッグ条件を満足するように調整したときの回折効率特性を図３に、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を変化させると共に、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ が各値のときに回折効率が最大になるようにあおり角θA を各々調整し、ブラッグ条件を満足する角度（≒４°）にブラッグ角θB を調整したときの駆動周波数７６ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、８４ＭＨｚにおける回折効率特性を図４に示す。なお、このときの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ とあおり角θA との関係を図５に示す。
【００３５】
なお、同じ回転角θZ に対してあおり角θA を調整すると、２つの特性が得られることが本願発明者等によって確認されており、上記の図４は回折効率の周波数特性がフラット（回折効率が周波数によらず略一定）の場合を示しているが、図６に回折効率の周波数特性の形状がピーク状（回折効率が中心周波数で高く、周辺で低い比較的急峻な形状）の場合を参考として示す。
【００３６】
図３から理解されるように、従来のようにブラッグ角θB のみ調整した場合（θB ≒４°、θZ ＝θA ＝０°）の回折効率（８０ＭＨｚで約５８％）と比較すると、ブラッグ角θB 及びあおり角θA の両方を調整することで、ＡＯＤの回折効率が向上している。特に、θA ≒±９°で回折効率ηがη≒９５％になっている。また、θA ≒±６°〜±９°で回折効率ηがη≒８０〜９５％になり、θA ≒±４°〜±９°で回折効率ηがη≒７０〜９５％になっている。回折効率ηを従来の回折効率より１０％程度以上高くする場合には、あおり角θA を略３°以上にすればよい。
【００３７】
また図４から理解されるように、従来のようにブラッグ角θB のみ調節した場合の回折効率（約５８％）と比較すると、ブラッグ角θB を調整すると共に、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ 及びあおり角θA を調節することで、ＡＯＤの回折効率が向上している。特に、θZ ≒±（７０°〜７５°）、θA ≒±（９°〜１０°）のときには回折効率ηはピークであるη≒９５％に達している。また、θZ ≒±（４５°〜９０°）、θA ≒±（７°〜１０°）で回折効率ηがη≒８０〜９５％になり、θZ ≒±（３０°〜９０°）、θA ≒±（５°〜１０°）で回折効率ηがη≒７０〜９５％になっている。
【００３８】
以上はブラッグ角θB が正の場合であるが、ブラッグ角θB が負（θB ≒−４°）の場合においても同様であり、回折効率ηがピーク（約９５％）になる場合をまとめると次の表１のようになる。
【００３９】
【表１】
次に、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を、図４から得られる回折効率がピークとなる角度、例えばθZ ＝７０°に固定し、あおり角θA を変化させた場合の回折効率特性を図７に示す。図７から理解されるように、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を固定し、あおり角θA を変化させた場合にも、あおり角θA を例えばθA ≒１．５°以上に調節することで、回折効率を従来より向上させることができ、回折効率はθA ≒９°でη≒９５％、θA ≒４．５°以上でη≒８０〜９５％、θA ≒３°以上でη≒７０〜９５％になる。
【００４１】
従って、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ 及びあおり角θA を調整する場合において、最大の回折効率が得られる状態から、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を固定してあおり角θA を変化させた場合には、あおり角θA を略１．５°以上にすると回折効率を従来より向上させることができ、あおり角θA が略３°以上で略７０〜９５％の回折効率が得られ、あおり角θA が略４．５°以上で略８０〜９５％の回折効率が得られることになる。
【００４２】
上記は、中心周波数における結果であるが、所定の周波数帯域内で周波数を変化させたとしても、従来より回折効率は向上する。図８に、表１の回折効率がピークになる条件の１つである、θZ ＝７０°かつθA ≒９°における回折効率の周波数特性、θZ ＝９０°かつθA ≒９°にしたときの回折効率の周波数特性、及び従来の回折効率の周波数特性（θZ ＝±０°、θA ＝±０°）を示す。図８より明らかなように、所定の周波数帯域内の何れの周波数においても回折効率は従来より向上している。
【００４３】
以上より、ＡＯＤを、異方ブラッグ回折が利用できるように配置すると共に、異方性結晶の光学軸が、入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように配置することで、ＡＯＤの回折効率を向上させることができる。
【００４５】
次に、入射光を２次元に偏向するために、上記で説明した第１の音響光学偏向素子に、更に本発明に係る第２の音響光学偏向素子とを組み合わせた場合（本発明に係る光偏向器）について、第２の音響光学偏向素子として第１の音響光学偏向素子と同一の構成の偏向素子（オン-[１１０］型ＴｅＯ2 光偏向素子）を適用した場合を例に説明する。なお、以下では第１の音響光学偏向素子を第１のＡＯＤ、第２の音響光学偏向素子を第２のＡＯＤと称する。
【００４６】
図９に示すように、第２のＡＯＤは第１のＡＯＤから射出された回折光が入射されるように配置されている。この第２のＡＯＤに対し、第２のＡＯＤへの入射光の進行方向に一致するｚ’軸、第２のＡＯＤへの入射光の偏光方向（図９では便宜的に第２のＡＯＤへの入射光の偏光方向を、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向と９０°異ならせて示している）に一致するｘ’軸、ｚ’軸及びｘ’軸から右手系で定まるｙ’軸から成るｘ’ｙ’ｚ’座標系を定める。また、超音波の進行方向、すなわち結晶の［１１０］軸方向をｘ’軸方向に一致させ、かつ光学軸である［００１］軸方向をｚ’軸方向に一致させた状態を第２のＡＯＤの初期状態とする（図１参照）。
【００４７】
そして、第２のＡＯＤに対する姿勢角と区別するため、第１のＡＯＤに対するブラッグ角をθB1、あおり角をθA1、入射光進行方向の軸回りの回転角をθZ1とすると共に、第１のＡＯＤに対するブラッグ角θB1、あおり角θA1、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1と同様に、前述の初期状態から第２のＡＯＤの姿勢を調整するための３つの軸回りの角度として、第２のＡＯＤへの入射光の進行方向（ｚ’軸）と超音波進行方向とで形成される面内での第２のＡＯＤの回転（ｚ’軸と超音波進行方向とで形成される面に垂直な軸Ｂ’回りの回転）を表すブラッグ角θB '2、超音波進行方向の軸回り、すなわち［１１０］軸方向の軸Ａ’回りの回転を表すあおり角θA '2、第２のＡＯＤへの入射光の進行方向、すなわちｚ’軸回りの回転を表す入射光進行方向の軸回りの回転角θZ '2を各々定義する。
【００４８】
第２のＡＯＤに対するｘ’ｙ’ｚ’座標系は、第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向（及び射出方向）によって定まるため、第２のＡＯＤの姿勢を決定するにあたっては、第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向及び偏光状態（直線偏光か楕円偏光か）が問題となる。図１０には、ＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θｚを変化させたときの、ＡＯＤから射出される回折光の長軸の偏光方向θdi（但し、入射光の偏光方向を基準（＝０°）とする）の変化を示し、図１１には、ＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θｚを変化させたときの、回折光の偏光成分の長軸と短軸との比率の変化を示す。
【００４９】
図１０及び図１１に示す関係から、例えば次の条件を満足するように第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角及びあおり角を調整すれば、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの偏向方向が直交し、かつ高い回折効率が得られることが明らかとなった。
【００５０】
第１のＡＯＤ：θZ1≒＋８０°、θA1≒＋１０°
第２のＡＯＤ：θZ2≒−１０°（：θZ '2≒−８０°）、θA '2≒＋１０°
なおθZ2は、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ '2を、ｘｙｚ座標系から見たときの角度（第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向を０°としたときの角度）である。上記の条件について、図１２を参照しながら説明する。
【００５１】
図１２は、上記の条件に従って第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢を調整した場合を説明するための図であり、図１２の下から順に、（１）は第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向、（２）は第１のＡＯＤの姿勢、（３）は第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向、（４）は第２のＡＯＤの姿勢、（５）は第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向を、各々便宜的に図１２の紙面に垂直な方向を入射及び回折光の進行方向とみなして概念的に示している。
【００５２】
図１２（１）に示すように、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向が図１２の上下方向であるとすると、第１のＡＯＤに対するｘｙｚ座標系は図１２（１）に示すように定まる。第１のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度は先の条件からθZ1≒＋８０°であるので、図１２（２）に示すように、第１のＡＯＤは入射光の進行方向の軸回りに＋８０°回転されて配置される。なお、図１２（２）において白抜きで示す矢印は超音波の進行方向を表している。また、第１のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度θZ1≒＋８０°に対する最適なあおり角θA1は、図５よりθA1≒＋１０°である。図４からも明らかなように、第１のＡＯＤを上記姿勢角に調整することにより、第１のＡＯＤにおける回折効率はピーク付近の高い値となる。
【００５３】
第１のＡＯＤを上記の姿勢角に調整した場合、第１のＡＯＤから射出される回折光の（長軸の）偏光方向は、図１０からθdi1 ≒＋７０°となり（図１２（３）参照）、図１１からも明らかなように、この回折光はほぼ直線偏光であるとみなすことができる。そして、この回折光の偏光方向を基準として、第２のＡＯＤに対するｘ’ｙ’ｚ’座標系が図１２（３）に示すように定まる。
【００５４】
第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによって入射光を２次元に偏向するためには、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが、少なくとも交差（好ましくは直交）している必要がある。第１のＡＯＤによる偏向方向に対し、第２のＡＯＤによる偏向方向を直交させた場合、ｘｙｚ座標系から見た第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2はθZ2＝θZ1−９０°＝−１０°となる。第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向θdi1 はθdi1 ≒＋７０°であるので、この偏光方向を基準としたときの（ｘ’ｙ’ｚ’座標系から見た）第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角はθZ '2＝θZ2−θdi1 ≒−８０°となる。
【００５５】
また、第２のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度θZ '2≒−８０°に対する最適なあおり角θA '2は、図５よりθA '2≒−１０°である。図４からも明らかなように、第２のＡＯＤを上記姿勢角に調整することにより、第１のＡＯＤから射出された回折光に対する第２のＡＯＤの回折効率はピーク付近の高い値となる。そして、図１０からも明らかなように、第２のＡＯＤへの入射光の偏光方向を基準としたときの、第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向θdi'2は、θdi'2≒−７０°であるので、第２のＡＯＤから射出される回折光のｘｙｚ座標系から見た偏光方向θdi2 は、θdi2 ＝θdi1 ＋θdi'2≒０°となり、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向と略一致することになる。
【００５６】
第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤをタンデムに配置した場合の、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる総合的な回折効率の周波数特性を図１３に示す。図１３においてθZ1＝＋８０°として示す曲線は、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤを先に説明した条件で配置した場合の周波数特性であり、従来の配置方法による回折効率の周波数特性（θZ1＝±０°として示す曲線）と比較しても明らかなように、所定の周波数帯域内の何れの周波数においても回折効率は従来より大幅に向上している。
【００５７】
なお、上記ではθZ1＝＋８０°とした場合を例に説明したが、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの回折効率が共に高くなるのは、上記の条件に限定されるものではない。例えばθZ1＝−８０°とした場合にも、上記の条件と同等の回折効率が得られる条件が存在し、またブラッグ角θB ＜０とした場合にも上記の条件と同等の回折効率が得られる条件が存在している。また、｜θZ1｜＝８０°に限定されるものでもなく、例えば｜θZ1｜＝７０°、或いは｜θZ1｜＝８５°としてもよい。
【００５８】
また、図１３においてθZ1＝＋９０°として示す曲線は、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1をθZ1＝＋９０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2をθZ2＝０°とした場合であるが、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの各々に対し、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1、θZ2（正確にはθZ '2）に応じて、図５よりあおり角が適正に調整されているため、この場合にも回折効率は従来より向上する。
【００５９】
更に、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とは、必ずしも直交していなくてもよく、第１のＡＯＤの偏向方向と第２のＡＯＤの偏向方向が交差する、という条件の下で、第１のＡＯＤにおける回折効率及び第２のＡＯＤにおける回折効率が各々略最大となるように第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢を調整してもよい。例えば次の条件を満足するように第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角及びあおり角を調整した場合には、第１のＡＯＤの偏向方向と第２のＡＯＤの偏向方向は、交差するものの直交しないが、第１のＡＯＤにおける回折効率及び第２のＡＯＤにおける回折効率が各々略最大となるので、光偏向器として更に高い回折効率が得られる。
【００６０】
第１のＡＯＤ：θZ1≒＋７０°、θA1≒＋１０°
第２のＡＯＤ：θZ2≒−５°（：θZ '2≒−７０°）、θA '2≒＋１０°
上記の条件について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、上記の条件に従って第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢を調整した場合を説明するための図であり、図１４の下から順に、（１）は第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向、（２）は第１のＡＯＤの姿勢、（３）は第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向、（４）は第２のＡＯＤの姿勢、（５）は第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向を、各々便宜的に図１４の紙面に垂直な方向を入射及び回折光の進行方向とみなして概念的に示している。
【００６１】
図１４（１）に示すように、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向が図１４の上下方向であるとすると、第１のＡＯＤに対するｘｙｚ座標系は図１４（１）に示すように定まる。第１のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度は先の条件からθZ1≒＋７０°であるので、図１４（２）に示すように、第１のＡＯＤは入射光の進行方向の軸回りに＋７０°回転されて配置される。なお、図１４（２）において白抜きで示す矢印は超音波の進行方向を表している。また、第１のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度θZ1≒＋７０°に対する最適なあおり角θA1は、図５よりθA1≒＋１０°である。図４からも明らかなように、第１のＡＯＤを上記姿勢角に調整することにより、第１のＡＯＤにおける回折効率は略最大となる。
【００６２】
第１のＡＯＤを上記の姿勢角に調整した場合、第１のＡＯＤから射出される回折光の（長軸の）偏光方向は、図１０からθdi1 ≒＋６５°となり（図１４（３）参照）、図１１からも明らかなように、この回折光はほぼ直線偏光であるとみなすことができる。そして、この回折光の偏光方向を基準として、第２のＡＯＤに対するｘ’ｙ’ｚ’座標系が図１４（３）に示すように定まる。
【００６３】
第１のＡＯＤから射出された回折光に対し、第２のＡＯＤの回折効率が略最大となるときの、ｘ’ｙ’ｚ’座標系から見た第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ '2は、図４からも明らかなように、θZ '2≒＋７０°又は−７０°である。第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによって入射光を２次元に偏向するためには、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが交差し、かつ交差角度がなるべく９０°に近い角度であることが望ましいので、θZ '2≒−７０°とする（図１４（４）参照）。また、第２のＡＯＤの入射光の進行方向の軸回りの角度θZ '2≒−７０°に対する最適なあおり角θA '2は、図５よりθA '2≒−１０°となる。
【００６４】
第１のＡＯＤから射出される回折光の（長軸の）偏光方向θdi1 はθdi1 ≒＋６５°であるので、ｘｙｚ座標系から見た第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2はθZ2＝θdi1 ＋θZ '2≒−５°となり、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向との交差角度は、交差角度＝θZ1−θZ2≒７５°となる（図１４（５）参照）。図４からも明らかなように、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤを上記姿勢角に調整することにより、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの回折効率が各々略最大となるので、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤをタンデム配置した光偏向器における回折効率も略最大となる。
【００６５】
また、図１０からも明らかなように、第２のＡＯＤへの入射光の偏光方向を基準としたときの、第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向θdi'2は、θdi'2≒−６５°であるので、第２のＡＯＤから射出される回折光のｘｙｚ座標系から見た偏光方向θdi2 は、θdi2 ＝θdi1 ＋θdi'2≒０°となり、第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向と略一致することになる。
【００６６】
なお、上記のように、光偏向器の第１のＡＯＤの偏向方向と第２のＡＯＤの偏向方向が直交していない場合であっても、後述するように、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの少なくとも一方に対し、周波数変調の位相をずらしかつ振幅を調整した駆動信号を供給するようにすれば、光偏向器に入射された光を、互いに直交する２つの方向に沿って２次元に偏向することができる。
【００６７】
以上より、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤをタンデム配置した光偏向器においても、各ＡＯＤを異方ブラッグ回折が利用できるように配置すると共に、各ＡＯＤの異方性結晶の光学軸が、各ＡＯＤへの入射光の進行方向と各ＡＯＤの異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して各々平行にならないように各々配置することで、光偏向器の回折効率を向上させることができる。
【００６８】
次に、上記の光偏向器を利用した円筒内面走査型画像記録装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１５に示すように、本実施形態に係る画像記録装置は、レーザビームＬを発生するレーザビーム発生器１４と、レーザビーム発生器１４から発生されたレーザビームを３本のレーザビームＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 に分割するレーザビームスプリッタ１６とを備えている。
【００６９】
レーザビームＬ1 の射出側には、レーザビームＬ1 を、回転鏡３２に入射されるレーザビーム（回転鏡３２については後述）に対して設定したＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向に相当する方向に偏向する第１のＡＯＤ１８ｘと、第１のＡＯＤ１８ｘで回折されたレーザビームＬ1 をＹ軸方向に相当する方向に偏向すると共に画像情報に応じてレーザビームを強度変調（オンオフ変調）する第２のＡＯＤ１８ｙと、から成る光偏向器１８が配置されている。
【００７０】
またレーザビームＬ2 の射出側には、レーザビームＬ2 を偏向することなく画像情報に応じてレーザビームをオンオフ変調するＡＯＤ２０が配置されており、レーザビームＬ3 の射出側には、レーザビームＬ3 をＸ軸方向に相当する方向に偏向する第１のＡＯＤ２２ｘと、第１のＡＯＤ２２ｘで回折されたレーザビームＬ3 をＹ軸方向に相当する方向に偏向すると共に画像情報に応じてレーザビームをオンオフ変調する第２のＡＯＤ２２ｙと、から成る光偏向器２２が配置されている。
【００７１】
図１６に示すように、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘ及び第２のＡＯＤ１８ｙは、各々の姿勢が調整された状態で同一のパッケージ１８Ａ内に取付けされている。また、図示は省略するが、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘ及び第２のＡＯＤ２２ｙについても、各々の姿勢が調整された状態で同一のパッケージ内に取付けられている。従って、入射光に対する各光偏向器のパッケージの姿勢を調整することにより、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢の調整が完了するので、本実施形態に係る画像記録装置の製造が容易になる。
【００７２】
本実施形態では、各パッケージ内における光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘ及び第２のＡＯＤ１８ｙ、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘ及び第２のＡＯＤ２２ｙの各々の姿勢が、先に説明した条件、すなわちブラッグ角θB がθB ≒４°、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1がθZ1≒＋８０°、第１のＡＯＤのあおり角θA1がθA1≒＋１０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2がθZ2≒−１０°、第２のＡＯＤのあおり角θA '2がθA '2≒＋１０°となるように調整されている。
【００７３】
光偏向器１８、ＡＯＤ２０、及び光偏向器２２のレーザビーム射出側には、各々レーザビームをｘ軸の負の方向に反射するミラー２４、２６、２８が配置されおり、これらのミラーのレーザビーム反射側には、各ミラーから反射されたレーザビームを集光する集光レンズ３０、軸に対して４５°傾斜した反射面を備え、かつモータ３４により軸を中心として回転される円柱状の回転鏡３２が配置されている。なお、記録シートＳは、展開して図示した円筒状のドラム３６の内周面に保持されており、回転鏡３２は軸がドラム３６の中心軸と一致するように配置されている。
【００７４】
上記の画像記録装置では、レーザビームによって記録されるドットが記録シートＳ上でＭ方向に配列されている状態（図１５の状態）から回転鏡３２を９０°回転させると、図１７（１）に示すようにドット配列が９０°回転されことになる。すなわち、ドット配列が回転鏡３２の回転に伴って回転されることになり、回転鏡３２の反射面の中心に入射されないレーザビームＬ1 、Ｌ3 によって記録されるドットが単振動し、レーザビームＬ1 、Ｌ3 によって記録されるドットの軌跡は正弦波状になる。
【００７５】
これに対し、回転鏡３２の反射面が図１８（１）に示す向き（反射面の短軸がＹ軸と一致）の場合、Ｚ軸に沿って反射面の中心に入射するレーザビームＬ０の回転鏡３２への入射方向を、Ｘ軸方向に−θx だけ変位させたとすると、反射面で反射されたレーザビームのＸ軸に直交する平面上への照射位置がＺ軸方向に沿って＋Δｚだけ変位する。このレーザビームの照射位置の変位の方向は、前記Ｘ軸に直交する平面が記録シートＳであるとすると、図１５及び図１７に示すＭ方向（回転鏡３２の回転に伴うレーザビームの走査方向（θ方向）と直交する方向）である。
【００７６】
従って、レーザビームＬ1 に対し、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ＸによってＸ軸方向に相当する方向に偏向すると共に、正弦波状の振動が相殺されるように偏向量を余弦波状に変化させることで、図１７（１）に示すレーザビームＬ1 の軌跡を走査方向に沿った直線とすることができる。また、レーザビームＬ3 に対し、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ＸによってＸ軸方向に相当する方向に偏向すると共に、正弦波状の振動が相殺されるように偏向量を余弦波状に変化させることで、図１７（１）に示すレーザビームＬ3 の軌跡を走査方向に沿った直線とすることができる。
【００７７】
これにより、レーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 によって形成される３本の走査線を互いに平行にすることはできるが、各レーザビームによって形成される走査線端の位置は、図１７（２）に示すように互いにずれることになる。この走査線端の位置を揃えるためには、記録シートＳへのレーザビーム照射位置を走査方向（θ方向）にも変位させる必要がある。
【００７８】
これに対し、回転鏡３２の反射面が図１８（２）に示す向き（反射面の短軸がＹ軸と一致：先に説明した図１８（１）に示す向きと同一））の場合、Ｚ軸に沿って反射面の中心に入射するレーザビームＬ０の回転鏡３２への入射方向を、Ｙ軸方向に＋θY だけ変位させたとすると、反射面で反射されたレーザビームのＸ軸に直交する平面上への照射位置がＹ軸方向に沿って＋Δｙだけ変位する。このレーザビームの照射位置の変位の方向は、前記Ｘ軸に直交する平面が記録シートＳであるとすると、図１５及び図１７に示すθ方向（回転鏡３２の回転に伴うレーザビームの走査方向）である。
【００７９】
従って、例として図１８（３）にも示すように、レーザビームＬ０の回転鏡３２への入射方向を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に変位させる（図ではＸ、Ｙ軸方向にθXYだけ変位させている）ことにより、レーザビームの照射位置を２次元に変位させることができる。図１９（１）に示すように、回転鏡３２の反射面に入射するレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 の光スポットを、記録シートＳと共役な面Ｓ’に射影した場合、回転鏡３２の回転に伴う面Ｓ’上におけるレーザビームＬ1 及びＬ3 の光スポットの軌跡は、回転鏡３２の角速度をωとすると、
【００８０】
レーザビームＬ1 ：Ｘ＝−ａ・cos ωｔ ，Ｙ＝−ａ・sin ωｔ …（１）
レーザビームＬ3 ：Ｘ＝ａ・cos ωｔ ，Ｙ＝ａ・sin ωｔ …（２）
上記（１）式、（２）式で表される円となる（図１９（２）参照）。このため、レーザビームＬ1 を、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８Ｘ、第２のＡＯＤ１８Ｙにより上記（１）式に応じてＸ軸方向に相当する方向及びＹ軸方向に相当する方向に偏向し、レーザビームＬ3 を、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２Ｘ、第２のＡＯＤ２２Ｙにより上記（２）式に応じてＸ軸方向に相当する方向及びＹ軸方向に相当する方向に偏向することで、回転鏡３２から射出されるレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を常にＺ軸方向（記録シートＳ上のＭ方向）に沿って一定間隔で配列することができ、図１７（３）に示すように、レーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 によって形成される３本の走査線を、互いに平行でかつ端部の位置を揃えることができる。
【００８１】
上記に基づき、本実施形態では図２０に示す制御装置３８が設けられている。図２０に示すように、制御装置３８は各ＡＯＤのトランスデューサに接続されている。制御装置３８は制御回路４０を備えている。制御回路４０には、モータ３４に取り付けられた図示しないロータリエンコーダが接続されており、ロータリーエンコーダから入力されたモータの回転に同期した回転位置信号Ｐ及び主走査開始信号ＬＳＹＮＣに基づいてクロック信号を生成する。
【００８２】
制御回路４０には、余弦波電圧信号生成回路４２、正弦波電圧信号生成回路４４、定電圧信号生成回路４６、余弦波電圧信号生成回路４８、及び正弦波電圧信号生成回路５０が接続されている。余弦波電圧信号生成回路４２は、制御回路４０から入力されるクロック信号に従って、Ｘ＝−ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号（但し、ａは定数、ωはクロック信号が表すモータ３４（回転鏡３２）の角速度、ｔは経過時間）を生成する。また、正弦波電圧信号生成回路４４は、制御回路４０から入力されるクロック信号に従って、Ｙ＝−ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号を生成する。
【００８３】
また、定電圧信号生成回路４６は一定電圧の信号を生成する。余弦波電圧信号生成回路４８は制御回路４０から入力されるクロック信号に従って、Ｘ＝ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号を生成する。そして正弦波電圧信号生成回路５０は、制御回路４０から入力されるクロック信号に従って、Ｙ＝ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号を生成する。
【００８４】
上記の電圧信号生成回路４２〜５０は、入力された信号の電圧レベルに応じた周波数の高周波信号を出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅに接続されている。従って、ＶＣＯ５２ＡからはＸ＝−ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が出力され、ＶＣＯ５２ＢからはＹ＝−ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が出力され、ＶＣＯ５２ＤからはＸ＝ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が出力され、ＶＣＯ５２ＥからはＹ＝ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が出力されることになる。またＶＣＯ５２Ｃからは一定周波数の高周波信号が出力される。
【００８５】
ＶＣＯ５２Ａの出力端は、増幅器５６Ａを介して光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘのトランスデューサに接続されており、ＶＣＯ５２Ｄの出力端は、増幅器５６Ｄを介して光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘのトランスデューサに接続されている。ＶＣＯ５２Ａ、５２Ｄから出力された信号は、増幅器５６Ａ、５６Ｄで増幅されて第１のＡＯＤ１８ｘ、第１のＡＯＤ２２ｘのトランスデューサに各々入力される。
【００８６】
また、ＶＣＯ５２Ｂの出力端は、変調器５４Ａ、増幅器５６Ｂを介して光偏向器１８の第２のＡＯＤ１８ｙのトランスデューサに接続されており、ＶＣＯ５２Ｃの出力端は、変調器５４Ｂ、増幅器５６Ｃを介してＡＯＤ２０のトランスデューサに接続されており、ＶＣＯ５２Ｅの出力端は、変調器５４Ｃ、増幅器５６Ｅを介して光偏向器２２の第２のＡＯＤ２２ｙのトランスデューサに接続されている。また、制御回路４０には２値画像信号生成回路５８が接続されており、２値画像信号生成回路５８の出力端は変調器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃに各々接続されている。
【００８７】
２値画像信号生成回路５８は、制御回路４０から入力されたクロック信号と同期したタイミングで変調器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃに２値画像信号を出力する。ＶＣＯ５２Ｂ、ＶＣＯ５２Ｃ、ＶＣＯ５２Ｅから出力された高周波信号は、２値画像信号生成回路５８から入力された２値画像信号に応じて変調器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃで各々オンオフ変調され、増幅器５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｅによって増幅された後に、第２のＡＯＤ１８ｙ、ＡＯＤ２０、第２のＡＯＤ２２ｙのトランスデューサに各々入力される。
【００８８】
次に、画像記録装置の動作について説明する。レーザビーム発生器１４から射出されたレーザビームＬはビームスプリッタ１６によってレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 に分割される。ビームスプリッタ１６から射出されたレーザビームＬ2 は、ＡＯＤ２０に入射される。ＡＯＤ２０のトランスデューサには、２値画像信号に応じてオンオフ変調された一定周波数の高周波信号が入力されるので、ＡＯＤ２０に入射されたレーザビームＬ2 は、ｘ軸に相当する方向及びｙ軸に相当する方向に偏向（回折）されることなく、２値画像信号に応じたオンオフのみが行われてＡＯＤ２０から射出され、ミラー２６で反射され、集光レンズ３０を介して回転鏡３２に入射される。
【００８９】
また、ビームスプリッタ１６から射出されたレーザビームＬ1 は、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘに入射される。第１のＡＯＤ１８ｘのトランスデューサには、Ｘ＝−ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が入力されるので、第１のＡＯＤ１８ｘに入射されたレーザビームＬ1 は、ｘ軸に相当する方向に偏向（回折）されると共に、その偏向量がＸ＝−ａ・cos ωｔに応じて随時変化されて第１のＡＯＤ１８ｘから射出され、光偏向器１８の第２のＡＯＤ１８ｙに入射される。
【００９０】
また、第２のＡＯＤ１８ｙのトランスデューサには、Ｙ＝−ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号に応じて周波数変調されると共に、２値画像信号に応じてオンオフ変調された高周波信号が入力されるので、第２のＡＯＤ１８ｙに入射されたレーザビームＬ1 は、ｙ軸に相当する方向に偏向されると共に、その偏向量がＹ＝−ａ・sin ωｔに応じて随時変化され、更に２値画像信号に応じたオンオフが行われて第２のＡＯＤ１８ｙから射出される。第２のＡＯＤ１８ｙから射出されたレーザビームＬ1 は、ミラー２４で反射され、集光レンズ３０を介して回転鏡３２に入射される。
【００９１】
更に、ビームスプリッタ１６から射出されたレーザビームＬ3 は、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘに入射される。第１のＡＯＤ２２ｘのトランスデューサには、Ｘ＝ａ・cos ωｔの余弦波電圧信号に応じて周波数変調された高周波信号が入力されるので、第１のＡＯＤ２２ｘに入射されたレーザビームＬ3 は、ｘ軸に相当する方向に偏向（回折）されると共に、その偏向量がＸ＝ａ・cos ωｔに応じて随時変化されて第１のＡＯＤ２２ｘから射出され、光偏向器２２の第２のＡＯＤ２２ｙに入射される。
【００９２】
また、第２のＡＯＤ２２ｙのトランスデューサには、Ｙ＝ａ・sin ωｔの正弦波電圧信号に応じて周波数変調されると共に、２値画像信号に応じてオンオフ変調された高周波信号が入力されるので、第２のＡＯＤ２２ｙに入射されたレーザビームＬ3 は、ｙ軸に相当する方向に偏向されると共に、その偏向量がＹ＝ａ・sin ωｔに応じて随時変化され、更に２値画像信号に応じたオンオフが行われて第２のＡＯＤ２２ｙから射出される。第２のＡＯＤ２２ｙから射出されたレーザビームＬ3 は、ミラー２８で反射され、集光レンズ３０を介して回転鏡３２に入射される。
【００９３】
回転鏡３２はｚ軸を中心に回転しているので、回転鏡３２に入射された３本のレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 は、回転鏡３２の反射面で反射されることによって、記録シートＳ上を走査される。また、レーザビームＬ1 は、光偏向器１８により（１）式に応じてｘ軸に相当する方向及びｙ軸に相当する方向に偏向されており、レーザビームＬ3 は、光偏向器２２により（２）式に応じてｘ軸に相当する方向及びｙ軸に相当する方向に偏向されているので、図１７（３）に示すように、レーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 によって記録シートＳ上に形成される３本の走査線は、互いに平行でかつ端部の位置が揃うことになる。従って、画像を構成する各走査線の主走査方向の記録範囲が同一で、かつ歪みが生ずることのないように、記録シートＳに高精度に画像を記録することができる。
【００９４】
また、本実施形態では先に説明したように、光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘと第２のＡＯＤ１８ｙ、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘと第２のＡＯＤ２２ｙの各々の姿勢が、ブラッグ角θB がθB ≒４°、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1がθZ1≒＋８０°、第１のＡＯＤのあおり角θA1がθA1≒＋１０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2がθZ2≒−１０°、第２のＡＯＤのあおり角θA '2がθA '2≒＋１０°となるように調整されているので、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる総合的な回折効率が従来に比して非常に高く、レーザビーム発生器１４から射出されるレーザビームのエネルギーを有効に利用して画像を記録することができる。
【００９５】
なお、上記では光偏向器１８の第１のＡＯＤ１８ｘ及び第２のＡＯＤ１８ｙ、光偏向器２２の第１のＡＯＤ２２ｘ及び第２のＡＯＤ２２ｙの各々の姿勢を、ブラッグ角θB がθB ≒４°、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1がθZ1≒＋８０°、第１のＡＯＤのあおり角θA1がθA1≒＋１０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2がθZ2≒−１０°、第２のＡＯＤのあおり角θA '2がθA '2≒＋１０°となるように、すなわち第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが直交するように調整した場合を例に説明したが、入射光を２次元に偏向するためには、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが少なくとも交差していればよく、例えば第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの姿勢を、ブラッグ角θB がθB ≒４°、第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1がθZ1≒＋７０°、第１のＡＯＤのあおり角θA1がθA1≒＋１０°、第２のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ2がθZ2≒−５°、第２のＡＯＤのあおり角θA '2がθA '2≒＋１０°となるように調整してもよい。これにより、第１のＡＯＤによる回折効率、第２のＡＯＤによる回折効率が各々略最大となり、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる総合的な回折効率を略最大とすることができる。
【００９６】
但しこの場合、第１のＡＯＤによる偏向方向及び第２のＡＯＤによる偏向方向の少なくとも一方が、回転鏡３２に入射されるレーザビームに対して設定したＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向に相当する方向、又はＹ軸方向に相当する方向からずれることになるので、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とが直交させた場合と同様に第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤを駆動したとすると、回転鏡３２の反射面に入射するレーザビームＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 の光スポットを記録シートＳと共役な面Ｓ’に射影したとき（図１９（１）参照）の面Ｓ’上におけるレーザビームＬ1 及びＬ3 の光スポットの軌跡は、（１）式又は（２）式で表される真円とはならず、楕円になるという問題がある。
【００９７】
これに対しては、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤのトランスデューサに入力する高周波信号の周波数変調の位相及び振幅を変化させて（ＶＣＯ５２に入力する余弦波電圧信号又は正弦波電圧信号の位相及び振幅を変化させて）、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによるレーザビームの偏向量を変化させれば、レーザビームＬ1 及びＬ3 の光スポットの軌跡を、（１）式又は（２）式で表される真円とすることができる。
【００９８】
以下、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを非直交とした場合に、光スポットの軌跡を真円とするための第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる偏向量を求める。
【００９９】
例として図２１に示すように、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを直交させたときの各ＡＯＤによる偏向方向を単位ベクトルｉ0 ，j 0 で表し、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを非直交にしたとき（このときの交差角をθとする）の各ＡＯＤによる偏向方向を単位ベクトルｉ，j で表すものとする。任意の位置のベクトルｘを、直交している単位ベクトルｉ0 ，j 0 及び非直交の単位ベクトルｉ，j で表すと、
ｘ＝ａ0 ・ｉ0 ＋ｂ0 ・j 0 …（３）
ｘ＝ａ・ｉ＋ｂ・j …（４）
となり、係数ａ0 ，ｂ0 と係数ａ，ｂとの関係は
【０１００】
【数１】
となる。次にベクトルｘをレーザビームの光スポットの位置とみなし、光スポットの軌跡（ベクトルｘの軌跡）が真円となるための条件を求める。単位ベクトルｉ0 ，j 0 を用いて光スポットの軌跡（真円）を表すと、（３）式における係数ａ0 ，ｂ0 は時間の関数となり、次のように表される。
【０１０２】
ａ0 （ｔ）＝cos(ω＋φ） …（７）
ｂ0 （ｔ）＝sin(ω＋φ） …（８）
但し、φはｔ＝０のときの位相を表し、ｔ＝０（光スポットの位置がベクトルｉ0 に一致するときをｔ＝０とする）のときをφ＝０とする。また、（７）式及び（８）式では、光スポットが単位ベクトルｉ0 から単位ベクトルｊ0 へ向かう方向（図２１における時計回り方向）に沿って旋回するものとした。次に（７）式及び（８）式を（５）式及び（６）式に代入することにより、単位ベクトルｉ，j を用いて光スポットの軌跡（真円）を表すしたときの（４）式の係数ａ，ｂを求めると、次のようになる。
【０１０３】
【数２】
ここで、θC ＝π／２−θなる非直交角θC を定義すると、cot θ＝tan θC となるので、（９）式及び（10) 式は、
【０１０５】
【数３】
となる。従って、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを非直交（θ≠９０°）とした場合であっても、第１のＡＯＤによる偏向量及び第２のＡＯＤによる偏向量が（11) 式及び（12）式で表される変化となるように、すなわち、第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを直交させたときと比較して、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤによる偏向量が各々（１／ cosθC ）倍となり、かつ一方のＡＯＤによる偏向量の変化の位相が他方のＡＯＤによる偏向量の変化の位相に対してθC だけずれるように、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤに入力する高周波信号の周波数変調の位相及び振幅を変化させれば、レーザビームの光スポットの軌跡を真円にすることができる。
【０１０７】
また、上記では音響光学媒体としてＴｅＯ2 単結晶を用いた例を説明したが、ＰｂＭｏＯ4 その他の一軸結晶や二軸結晶を使用することもできる。
【０１０８】
また、上記では本発明に係る光ビーム走査装置として画像記録装置を例に説明したが、これに限定されるものではなく、被照射体上に光ビームを走査させ、被照射体を反射又は透過した光ビームの光量を検出して被照射体上に記録されている画像を読み取る画像読取装置等の他の光ビーム走査装置に適用することも可能である。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が第１の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と第１の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第１の音響光学偏向素子を配置すると共に、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ第２の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が、第２の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と第２の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ入射光の偏光面が入射光の進行方向と超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第２の音響光学偏向素子を配置したので、広い周波数帯域に亘って高い回折効率で入射光を２次元に偏向することができ、かつ低コストの光偏向器が得られる、という優れた効果を有する。
【０１１０】
また本発明は、上記の光偏向器を利用して、回折効率を向上した低コストの光ビーム走査装置が得られる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るＡＯＤの概略図である。
【図２】ＡＯＤを回転させる軸を説明するためのＡＯＤ単体の斜視図である。
【図３】あおり角θA のみを変化させた場合のＡＯＤ単体の回折効率の変化を示す線図である。
【図４】あおり角θA 及び入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を変化させた場合の、入射光進行方向の軸回りの回転角θZ の変化に対するＡＯＤ単体の回折効率の変化を示す線図である。
【図５】図４に示した回折効率特性を得るための入射光進行方向の軸回りの回転角θZ とあおり角θA との関係を示す線図である。
【図６】入射光進行方向の軸回りの回転角θZ の変化に対する回折効率の変化（回折効率の周波数特性の形状がピーク状（急峻な形状）の場合）を示す線図である。
【図７】入射光進行方向の軸回りの回転角θZ が７０°のときのあおり角θA の変化に対するＡＯＤ単体の回折効率の変化を示す線図である。
【図８】入射光進行方向の軸回りの回転角θZ を７０°、９０°、±０°とし、かつ所定周波数帯域内で駆動周波数を変化させたときのＡＯＤ単体での回折効率の変化を各々示す線図である。
【図９】第１のＡＯＤと第２のＡＯＤをタンデム配置した光偏向器において、各ＡＯＤを回転させる軸を説明するための光偏向器の斜視図である。
【図１０】入射光進行方向の軸回りの回転角θｚを変化させたときの、ＡＯＤから射出される回折光の長軸の偏光方向θdi（但し、入射光の偏光方向を基準（＝０°）とする）の変化を示す線図である。
【図１１】駆動周波数を各値とし、かつ入射光進行方向の軸回りの回転角θｚを変化させたときの、回折光の偏光成分の長軸と短軸との比率の変化を各々示す線図である。
【図１２】光偏向器の第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの偏向方向が直交し、かつ高い回折効率を得るための条件を説明するための、（１）は第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向、（２）は第１のＡＯＤの姿勢、（３）は第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向、（４）は第２のＡＯＤの姿勢、（５）は第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向を各々示す概念図である。
【図１３】第１のＡＯＤの入射光進行方向の軸回りの回転角θZ1を＋８０°、＋９０°、±０°とし、かつ所定周波数帯域内で駆動周波数を変化させたときの、第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤの総合的な（光偏向器の）回折効率の変化を各々示す線図である。
【図１４】光偏向器で高い回折効率を得るための他の条件を説明するための、（１）は第１のＡＯＤへの入射光の偏光方向、（２）は第１のＡＯＤの姿勢、（３）は第１のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向、（４）は第２のＡＯＤの姿勢、（５）は第２のＡＯＤから射出される回折光の偏光方向を各々示す概念図である。
【図１５】本実施形態に係る画像記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１６】光偏向器を構成する第１のＡＯＤ及び第２のＡＯＤが同一のパッケージ内に取付けられている状態を示す斜視図である。
【図１７】（１）は回転鏡によって偏向された３本のレーザビームによって記録シート上に記録される走査線、（２）はレーザビームをｘ軸方向に相当する方向に偏向して像の回転を補正した場合の走査線、（３）はレーザビームを２次元に偏向して走査線長の相違も補正した場合の走査線を各々示す平面図である。
【図１８】回転鏡の反射面に入射するレーザビームＬ０の入射方向を、（１）はＸ軸方向に−θx だけ変位させた場合、（２）はＹ軸方向に＋θY だけ変位させた場合、（３）はＸ、Ｙ軸方向にθxYだけ変位させた場合を各々示す斜視図である。
【図１９】（１）は回転鏡の反射面に入射する３本のレーザビームの光スポットを、記録シートと共役な面Ｓ’に射影した場合を説明する概念図、（２）は面Ｓ’上での各レーザビームの光スポットの軌跡を示す平面図である。
【図２０】本実施形態に係る画像記録装置の制御装置の概略ブロック図である。
【図２１】第１のＡＯＤによる偏向方向と第２のＡＯＤによる偏向方向とを非直交とした場合に、レーザビームの光スポットの軌跡を真円とするための条件を求める過程を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０ ＴｅＯ2 単結晶
１２ トランスデューサ
１８ 光偏向器
１８ｘ 第１のＡＯＤ
１８ｙ 第２のＡＯＤ
２０ ＡＯＤ
２２ 光偏向器
２２ｘ 第１のＡＯＤ
２２ｙ 第２のＡＯＤ
Claims (9)
- 異方性結晶内を進行する超音波と異方性結晶内を進行する光波との間に生じる異方ブラッグ回折を利用した第１及び第２の音響光学偏向素子を備え、前記第１の音響光学偏向素子で偏向された光が前記第２の音響光学偏向素子に入射される光偏向器であって、
第１の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が第１の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と前記異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ前記入射光の偏光面が前記入射光の進行方向と前記超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第１の音響光学偏向素子が配置されており、
第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ第２の音響光学偏向素子の異方性結晶の光学軸が第２の音響光学偏向素子に入射される入射光の進行方向と前記異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならず、かつ前記入射光の偏光面が前記入射光の進行方向と前記超音波の進行方向とを含む面に対して平行にならないように第２の音響光学偏向素子が配置されている
ことを特徴とする光偏向器。 - 異方性結晶内を進行する超音波と異方性結晶内を進行する光波との間に生じる異方ブラッグ回折を利用した第１及び第２の音響光学偏向素子を備え、前記第１の音響光学偏向素子で偏向された光が前記第２の音響光学偏向素子に入射される光偏向器であって、
前記第１の音響光学偏向素子は、第１の音響光学偏向素子への入射光の進行方向をｚ軸、前記入射光の偏光方向をｘ軸とするｘｙｚ座標系を定めたときに、第１の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とｘ軸とが平行で、かつ前記異方性結晶の光学軸がｚ軸に一致した状態を第１の音響光学偏向素子の初期状態とし、該初期状態から、前記超音波の進行方向と同じ方向の軸回りに回転されていると共にｚ軸と前記超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに所定角度回転され、更に前記ｚ軸回りに回転されて配置されており、
前記第２の音響光学偏向素子は、第２の音響光学偏向素子による偏向方向が第１の音響光学偏向素子による偏向方向と交差し、かつ第２の音響光学偏向素子への入射光の進行方向をｚ’軸、前記入射光の偏光方向をｘ’軸とするｘ’ｙ’ｚ’座標系を定めたときに、第２の音響光学偏向素子の異方性結晶内の超音波の進行方向とｘ’軸とが平行で、かつ前記異方性結晶の光学軸がｚ’軸に一致した状態を第２の音響光学偏向素子の初期状態とし、該初期状態から、前記超音波の進行方向と同じ方向の軸回りに回転されていると共にｚ’軸と前記超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りに所定角度回転され、更に前記ｚ’軸回りに回転されて配置されている
ことを特徴とする光偏向器。 - 前記第１の音響光学偏向素子に対する前記ｚ軸と第１の音響光学偏向素子内の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りの回転角度がブラッグ角、前記超音波の進行方向と同じ方向の軸回りの回転角度が略３°以上、前記ｚ軸回りの回転角度が略３０°〜略９０°とされており、
前記第２の音響光学偏向素子に対する前記ｚ’軸と第２の音響光学偏向素子内の異方性結晶内の超音波の進行方向とを含む面に垂直な軸回りの回転角度がブラッグ角、前記超音波の進行方向と同じ方向の軸回りの回転角度が略３°以上、前記ｚ’軸回りの回転角度が略３０°〜略９０°とされている
ことを特徴とする請求項２記載の光偏向器。 - 前記第１の音響光学偏向素子の前記ｚ軸回りの回転角度が略７０°〜略７５°とされており、
前記第２の音響光学偏向素子の前記ｚ’軸回りの回転角度が略７０°〜略７５°とされている
ことを特徴とする請求項３記載の光偏向器。 - 前記第１及び第２の音響光学偏向素子は、第１の音響光学偏向素子に よる偏向方向と第２の音響光学偏向素子による偏向方向とが直交するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の光偏向器。
- 前記異方性結晶は一軸結晶であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の光偏向器。
- 前記異方性結晶はＴｅＯ 2 であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の光偏向器。
- 第１及び第２の音響光学偏向素子が単一のパッケージに各々取付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項記載の光偏向器。
- 請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の光偏向器を備えた光ビーム走査装置。
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