JP3725904B2

JP3725904B2 - レーザ表示装置

Info

Publication number: JP3725904B2
Application number: JP11044593A
Authority: JP
Inventors: グロスエイブラハム
Original assignee: オーボテックリミテッド
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: EP0570154A1; EP0570154B1; DE69313347T2; US5309178A; JPH06317772A; DE69313347D1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般にレーザ画像形成に係り、特に、音響変調器を用いるレーザ画像形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音響変調器を用いたレーザ画像形成についてはすでに先行技術に提示されている。米国特許4,617,578号は原画の複数の再生画像記録の方法について述べており、ここでは、音響‐光学変調器を用いて、原画を走査することによって得られる画像信号に従って多重レーザビームを変調する方法を示している。また、米国特許4,520,472号は多重チャンネルデータ処理システムに用いられる光学的記録、再生システムについて述べており、ここでは、レーザダイオードアレー及び該レーザダイオードアレーによって放出されるレーザビームを集束する光学系を含む光学ヘッドが、ビームの断面積を拡大して円形ビームを形成し、ビームを回折制限スポットに集中させるものである。
【０００３】
また、米国特許4,506,275号は、変調器出力の個々のチャンネルからの光を記録媒体に連結する複数の光ファイバと連結した音響‐光学変調器を用いた画像走査、記録装置について記載している。
【０００４】
また、米国特許4,516,838号は重畳電極構造を有する音響‐光学変調器について述べている。ここでは、可能なカラープロッタ適用について言及されているが、上記重畳に由来する光学的干渉の問題を如何に克服するかについては何も示唆されていない。
【０００５】
また、米国特許4,743,091号は、アレーの画像に比例して移動する光学的記録媒体上に画像を描きだす二次元レーザダイオードアレーについて述べている。
【０００６】
一般に、走査器に関する従来技術においては、多チャンネル変調器は各ビームが別個に変調されるような方式で用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来技術においてはいくつかの制限条件を有していた。
本発明の目的は、上記従来技術の有していた課題を解決して、改善された特性を有するレーザ表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記構成の装置とすることによって達成することができる。すなわち、
下記からなることを特徴とするレーザ表示装置、
レーザビームを発生する少なくとも１個のレーザビーム源、
複数の、隣接する音響カラムが互いにオーバラップし始める領域を変調領域とする多重チャネル音響変調器、
上記レーザビームを偏平なくびれた個所を有する一部平板化された管状のレーザビームに整形し、整形された上記レーザビームを、上記変調領域の少なくとも二つの領域を超えて広がるように、上記くびれた個所を上記多重チャネル音響変調器に位置付けするように向ける手段、
上記変調領域において変調された上記レーザビームから光線を受け、上記光線をレーザ表示画像板内において、上記多重チャネル音響変調器の個々のチャネルの配置に対応して、隣接する複数の画素を生じるように向ける画像形成手段。
【０００９】
この場合、上記少なくとも１個のレーザビーム源は、多モードレーザビーム源からなることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成は、多重チャネル音響変調器の動作を、少なくとも１個のレーザビーム源の強度の変動を複数の変調領域で供給される音響出力の対応する変動によって補償するように制御する装置を提示するものである。
【００１１】
レーザ表示装置は、レーザビームの対応する変調に対して、データの流れに従って多重チャネル音響変調器を動作させる装置を含んでいることが望ましい。
【００１２】
本発明装置の好ましい実施態様においては、多重チャネル音響変調器に対して相対的に移動させられる映像面にレーザ表示画像板を設けておく。
【００１３】
また、本発明装置の好ましい実施態様においては、さらに、データの流れに応じてレーザ表示画像板と多重チャネル音響変調器との相対的移動を整合させる手段が設けられている。
【００１４】
好ましくは、多重チャネル音響変調器の上流で、偏向ビームスプリッタの装置によって、二つのレーザビームを結合させる。
【００１５】
また、本装置は、複数の変調領域の中の対応する領域を制御するために用いられるデータの流れの一部に選択的な遅延を生じさせることもできる。
【００１６】
また、レーザビーム源としては、レーザダイオードあるいは Nd : YAG のようなレーザ源あるいはアルゴンイオンレーザあるいは何等かの等価の機能素子が含まれる。
【００１７】
【実施例】
【実施例１】
図１は本発明の一実施例に従って構成され、動作するレーザ書き込み装置を説明するための図である。該レーザ書き込み装置は、米国の Spectra Diode Labsから市場的に入手し得るモデル SDL ‐820 のようなレーザドライバ12によって駆動され、コリメーションレンズ14を通過する出力ビームを与える、同じく Spectra Diode Labs から市場的に入手し得る CW シングルモードの低出力ダイオードモデル SDL ‐2430のようなレーザダイオード10からなるものである。
【００１８】
コリメーションレンズ14は、レーザダイオード10によって発生されたレーザ光を集束し、円筒状レンズ16上に入射する楕円形ビームを生じるように作用する。円筒状レンズ16は一般的に扁平なくびれたロケーションを有する一部平板化された管状のビーム18を生じるように働く。
【００１９】
例えば米国の Crystal Technology Inc.から入手し得る修正モデル MC 80のような多重チャンネル音響変調器20は、扁平ビーム18と有効に噛み合うように設ける。多重チャンネル音響変調器は、領域 24 で隣接する音響カラムが互いにオーバラップし始める、複数の個別に制御可能な音響カラム22(図３)を含んでいる。多重チャンネル音響変調器20はビーム18のくびれが領域24を通じて拡がるように設けられている。コリメーションレンズ14は、レーザダイオードの出力が領域24の断面サイズにマッチする断面形状を有する本質的に平行なビームにコリメートするように働く。適切なコリメーションレンズは米国の Melles Griot から入手することができる。
【００２０】
円筒状レンズ16は、コリメーションレンズ14によって生じた拡大ビームをその立上り時間が小さくなるように圧縮するために用いられる。例えば、厚さ0.1mmのくびれが与えられた場合に、多重チャンネル音響変調器20の光学材料として TeO_２を用いたとき、数十ナノ秒のオーダーの立上り時間が実現される。レンズ16によって得られるビーム圧縮は、個々のカラムによって生じた重畳音響波がレーザ光を一様に回折し、ビームのくびれを多重チャンネル音響変調器20の位置に位置付けすることを可能にするために重要である。
【００２１】
回折され、隣接する音響カラムが互いにオーバラップし始める音響カラムの作用によって変調されたビーム18は球面レンズすなわちレンズ群26によって記録媒体28上に描射される。多重チャンネル音響変調器20から回折されなかった光は絞り30に衝突する。
【００２２】
レーザダイオード10が低出力ダイオードである場合には、記録媒体28は高光電感度の材料、例えばハロゲン化銀フィルムあるいはゼログラッフィックな基材、であることが望ましい。熱活性媒体のような比較的低感度の媒体上に記録することを必要とされる場合には、２〜３ワット CW で動作する高出力多モードレーザダイオードのような高出力のレーザを用いることもできる。
【００２３】
図４は多モードレーザダイオードの出力の状況を説明する図である。そのような出力を例えば数μmというような比較的小さなスポットに集束することは不可能であるかあるいは高口径のレンズを必要とし、受容し難い小さな焦点深度になってしまうことは認識しなければならない。
【００２４】
上記した多重チャンネル音響変調器を用いることによって、レーザビームを、単一の小スポットに集束する必要はないが、その代りに、多重チャンネル音響変調器の個々のチャンネルの配置に対応して隣接する複数の画素に集束させることが、本発明の特徴である。レンズ14及び16の光学上の必要条件が容易に達成されるように充分に緩和される。
【００２５】
一般的に、該多重チャンネル音響変調器の動作は、多重チャンネル音響変調器の所定のカラムの電極への高周波入力がそれを通る光の回折を生じさせ、記録媒体へ光を入射させるということにある。所定のカラムに高周波入力がない場合には、回折が起らず、回折されなかった光が絞り30に衝突し、記録媒体28には入射しないことになる。
【００２６】
次に、本発明において有効な多重チャンネル音響変調器20について図３によって説明する。多重チャンネル音響変調器20は、望ましくは、電極間間隔0.2mmで、ピッチ１mm、幅0.8mmを有する複数の電極50からなる。各電極50は、例えば150MHzの高周波で動作する圧電変換器52に接続されており、分離した AM 変調器54と組み合わされている。
【００２７】
さらに図１を参照して説明すると、例えば Crystal Technology Inc.のモデル1180のような AM 変調器54は、所定の周波数で搬送波を変調するために用いられる入力されたデータの流れを受ける。データ速度は、好ましくは、記録媒体28の対応する画素の露光が記録に要するスポット形に釣り合った速度である。
【００２８】
本発明の場合、各 AM 変調器へのデータ入力は、レーザ書き込み装置の強度及び空間的歪みを補正するために、振幅調整回路60及び遅延発生回路62を通過する。回路60及び62の動作については、図５及び図６を参照して以下に説明する。
【００２９】
音響速度約4.2mm/マイクロセカンドを有する TeO_２結晶を用い、電極50のピッチを１mmとした上記の例において、各画素に対する露光時間は0.24マイクロセカンドである。
【００３０】
その他の音響‐光学材料あるいはその他の音響伝搬モードに対して、それに応じてビーム18のくびれの形状を変える必要があることは認識しなければならないことである。到来するレーザビームと音響伝搬ベクトルの間の角度を適切に同調させることによって、80％以上の回折効率を得ることができる。
【００３１】
多重チャンネル音響変調器20は明暗画素の描線を有する透明陽画として働く。レンズ26の焦点距離及び多重チャンネル音響変調器20からの距離は、要求される最終画素のサイズに対応する所望の拡大率が得られるように選択される。例えば、12.5mmの分解能が一般である PCB 上に記録する場合に、正しい分解像を得るためには、80の縮小係数が電極ピッチ１mmにマッチしている。このような場合に、レンズ26としては通常の顕微鏡対物レンズからなるものであってもよい。
【００３２】
【実施例２】
ここで図２について説明すれば、これは、図１と同様の装置であるが、コリメーションレンズ72に加えて、それぞれ対応するドライバ64、66及び遅延板68、70を有する一対のレーザダイオード60、62を用いたものである。遅延板68、70は、偏波器ビームスプリッタ82によるエネルギーの損失なしに結合できるように、レーザダイオードの偏光ベクトルを回転させるために用いるものである。このような遅延板及びビームスプリッタは Melles Griot から入手することができる。
【００３３】
図２の装置の残りの部分は図１と同一の部分を示す。
【００３４】
次に、図５を参照して、図１及び図２の回路60によって成就される強度補償の手法について説明する。図５(a)は多重チャンネル音響変調器20の個々の音響−光学変調器チャンネルと交わる典型的なレーザビームの強度状況を示す図である。
【００３５】
多重チャンネル音響変調器20の種々のチャンネル上に入射される一様でないレーザビーム強度を補償するために、振幅調整回路60(図１及び図２)が、各チャンネルに対して、 AM 変調器54に供給されるデータ信号の振幅を調整するように働く。このようにして、AM 変調器54の出力信号は多重チャンネル音響変調器20への高周波入力を生じ、その振幅は、変調器におけるその他の変動を補償すると同時に、そのチャンネルにおけるレーザ入力強度の変動を補償する。その結果、図５(c)に示すように、各チャンネルについて、比較的平坦で一様な光学的出力強度が得られることになる。
【００３６】
次に、図６を参照して、図１及び図２における回路62によって生じる空間的歪を補償する手法について説明する。図６(a)は、図１及び図２のレーザ書き込み系におけるシステム歪から生じる、隣接画素の典型的な非直線的配置を示した図である。
【００３７】
回路62は、種々のチャンネル間のデータ信号間に適切な相対的遅延を挿入するために働く。遅延回路62は、通常の遅延回路であってよいが、レーザ書き込み装置によって得られる画素位置の精密な実験的測定に基づいて較正される遅延を挿入する。そのような相対的遅延の状況は図６(b)に示す通りである。
【００３８】
図６(c)は、回路62によって与えられる較正の望ましい結果として得られる相対的に直線的な画素の配置を示す図である。
【００３９】
本発明が上記した内容に限定されないことは当業者にとっては明白なことであり、本発明の範囲は請求範囲によってのみ規定される。
【００４０】
【発明の効果】
レーザ表示装置を本発明構成の装置とすることによって、従来技術の有していた課題を解決して、改善された特性を有するレーザ表示装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明レーザ表示装置の一実施例の構成及び動作を説明するための概略図。
【図２】本発明レーザ表示装置の他の実施例の構成及び動作を説明するための概略図。
【図３】図１及び図２の装置で用いる多重チャネル音響変調器を説明するための概略図。
【図４】相互に垂直な面における多モードレーザビームの状態を示す概略図。
【図５】 (a) は、実施例で用いられている多モードレーザビームの状況を示す図、(b) は実施例において AM 変調器によって受信されるデータ信号を説明するための図、(c) は実施例における多重チャネル音響変調器の出力の光学ビームの状態を示す図。
【図６】 (a) は遅延修正なしに記録媒体上に書き込まれた複数の画素を説明する図、(b) は相互に遅延されたデータ信号を説明する図、(c) は遅延修正後記録媒体上に書き込まれた複数の画素を説明する図。

Claims

下記からなることを特徴とするレーザ表示装置。
レーザビームを発生する少なくとも１個のレーザビーム源、
複数の、隣接する音響カラムが互いにオーバラップし始める領域を変調領域とする多重チャネル音響変調器、
上記レーザビームを偏平なくびれた個所を有する一部平板化された管状のレーザビームに整形し、整形された上記レーザビームを、上記変調領域の少なくとも二つの領域を超えて広がるように、上記くびれた個所を上記多重チャネル音響変調器に位置付けするように向ける手段、
上記変調領域において変調された上記レーザビームから光線を受け、上記光線をレーザ表示画像板内において、上記多重チャネル音響変調器の個々のチャネルの配置に対応して、隣接する複数の画素を生じるように向ける画像形成手段。
上記少なくとも１個のレーザビーム源は、多モードレーザビーム源からなることを特徴とする請求項１に記載するレーザ表示装置。
請求項１または２記載の装置で、さらに、上記多重チャネル音響変調器の動作を、少なくとも１個のレーザビーム源からの強度の変動を上記複数の変調領域に供給される対応する音響出力によって補償するように制御する手段を有していることを特徴とするレーザ表示装置。
上記各請求項の何れかに記載の装置で、さらに、上記少なくとも一つのレーザビームの対応する変調に対して、データの流れに従って上記多重チャネル音響変調器を動作させる手段を有していることを特徴とするレーザ表示装置。
請求項４記載の装置で、さらに、上記画面におけるレーザ表示画像板を上記多重チャネル音響変調器に対して相対的に移動させる手段を有していることを特徴とするレーザ表示装置。
請求項５記載の装置で、さらに、レーザ表示画像板と多重チャネル音響変調器の相対的移動をデータの流れと整合させるための手段を有していることを特徴とするレーザ表示装置。
上記各請求項の何れかに記載の装置で、上記少なくとも一つのレーザビームが、多重チャネル音響変調器の上流の偏向ビームスプリッタによって結合された二つのレーザビームからなっていることを特徴とするレーザ表示装置。
請求項４〜７の何れかに記載の装置で、さらに、上記複数の変調領域の対応する一つの動作を制御するために用いられる上記データの流れの一部に選択的遅延を生じさせるための手段を有していることを特徴とするレーザ表示装置。
上記各項の何れかに記載の装置で、上記の少なくとも一つのレーザビーム源がレーザダイオードからなることを特徴とするレーザ表示装置。
上記各項の何れかに記載の装置で、上記の少なくとも一つのレーザビーム源が Nd : YAG レーザからなることを特徴とするレーザ表示装置。
上記各項の何れかに記載の装置で、上記の少なくとも一つのレーザビーム源がアルゴンイオンレーザからなることを特徴とするレーザ表示装置。
請求項２記載の装置で、さらに、上記多重チャネル音響変調器の動作を、少なくとも一つのレーザビーム源の強度の変動を上記複数の変調領域に供給される音響出力の対応する変動によって補償するように制御する手段を有していることを特徴とするレーザ表示装置。