JPH01238615A - 音響光学変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、音響光学変調器に関し、特に詳細には、光ビ
ーム走査装置において、光源から射出された光ビームが
音響光学変調器に入射する際、音響光学媒体の入射端面
からの反射による戻り光による光源ひいては光源からの
光ビームに影響を及ぼすことを防止することのできる音
響光学変調器に関する。

〈従来の技術〉 現在、音響光学変調器（ＡＯＭ）は、レーザなどの光源
を使った各種の記録装置、例えは、ファクシミリ、印刷
、複写、文字等線画像や再生可視像の作成、写真感光材
料等への画像作成等に用いられるプリンタなどに広く用
いられている。

音響光学変調器は、圧電変換子などのトランスデユーサ
により励起された超音波が進行する時、音響光学媒体で
ある透明媒質中に生じる密度変化が光に対して位相格子
の役目をすることを利用して、特定方向に回折される光
ビームの強度を変調するものである。

このような音響光学変調器は、一般に、第４ａ図および
第４ｂ図に示すような光学系を構成して用いられる。

第４ａ図および第４ｂ図に示すように、音響光学変調器
７０は断面が縦長の直方形をなす直方体である透明媒質
からなる音響光学媒体７２とその一端に接看される縦長
の偏平な直方体からなる圧電変換子（トランスデユーサ
）７４．６）らなっている。

圧電変換子７４は超音波を発生させるものであって通常
例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０３）などの圧電変
換素子７４ｂからなり、両端の縦長の薄片状の電極７４
ａ、７４ｃに挟まれた構造で、一方の電極７４ｃは音響
光学媒体７２に同し向ぎに接着されている。　音響光学
媒体７２の長手方向、図中矢印りて示す方向に垂直な両
端面７６ａ、７６ｂは光の入射面、射出面となるため、
光学研摩がなされ、場合によっては無反射コーティング
かなされている。

ここて、圧電変換子７４て励起された超音波は音響光学
媒体７２内を第４ａ図に示すような疎密波面を形成して
進行する。　このような波面か生しると、音響光学媒体
７２内の光の屈折率か変化し、光ビームにとっては各波
面が位相回折格子となる。

このため、回折される光ビームの強度は、圧電変換子７
４により音響光学媒体７２中に励起された音波の強度に
よって変化し、また、回折角は、音波の波長によって変
化する。

このような現象かブラッグ回折あるいはテハイ・シアー
ス効果と呼ばれる音響光学効果である。　この音響光学
効果を利用して、圧電変換子７４に印加する電気信号の
振幅や周波数を変化させれば、特定方向に回折される光
ビーム強度を変調させることかできる。

従来、このような音響光学変調器７０は、第４ａ図およ
び第４ｂ図に示すように、上方から見て圧電変換子７４
と音響光学媒体７２とが長手方向に関して同一直線上に
あるように接看され、該音響光学媒体７２において、光
ビームが入射する入射端面７６ａおよび該光ビームが出
射する出射端面７６ｂは前記長手方向に垂直となるよう
に構成されていた。

同図に示すように、音響光学変調器７０の音響光学媒体
７２へ入射する光ビームすなわち０次光で１は、回折光
すなわち１次光Ｊ２２となって通過する。　このとき、
０次光！１と１次光ｆ１２のなす角の半分θをブラッグ
角という。

そして、上述したように、第４ａ図に示す正面図におい
て、入射光ビームρ１は、音響光学変調器７０の入射端
面７６ａに対し、出射光ビームＪ２２の光路を所定方向
に向けるためブラッグ角θを考慮し、所定の角度だけ傾
けられていたが、一方、第４ｂ図に示す上面図において
、入射光ビームｌｌと出射光ビームで２と圧電変換子７
４の長手方向の中心軸７８とは同一直線となるように音
響光学変調器７０は配置されて用いられていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 第４ａ図および第４ｂ図に示す音響光学変調器７０ては
、入射端面７６ａが圧電変換子７４の長手方向（図中矢
印り方向）に対して垂直であり、入射光ビームρ１は第
４ｂ図に示すように音響光学媒体７２の入射端面７６ａ
にほぼ垂直に入射するため、入射端面７６ａにおいて反
射された光ビームすなわち戻り光ρ３が光源８０、例え
ばレーザ光源の射出口などに入射し、ノイズを生しさせ
るなどの問題があった。

例え、入射端面７６ａか無反射コーティングされていて
も、戻り光ビーム１３を完全になくすことはできなかっ
た。　特に、前記戻り光ビームによるノイズが画質上問
題となる光学機器、例えば蓄積性蛍光体を用いる放射線
画像情報記録再生システムにおいては、観察読影適性（
診断適性）か優れていることか必要で高画質の画像を得
なけらばならず、従来より、前記ノイズ防止のため、前
記戻り光ビームの防止か求められていた。

入射光ビーム立、は第４ａ図に誇張して示されているよ
うに、確かに入射端面７６ａに対して、縦方向には出射
光ビームｌ、の方向を考慮し、ブラッグ角θに対応して
垂直方向から傾けて入射しているが、このブラッグ角θ
は、例えは、通常の１５ｍｍＸ１．０〜２．０ｍｍの細
長い圧電変換子を有する音響光学変調器を８０Ｈｚ程度
の周波数の駆動電源８２で駆動する場合、約１４ｍｒａ
ｄ（ミリラジアン）程度てあった。　ここで、光源８０
と音響光学変調器７０との距離を１００ｍｍとすると、
戻り光ビームの光源の射出口での位置ずれは１４ｍｍし
かなく、通常、レーザ光源などの光源の射出口の直径は
６ｍｍ程度あるため、大きな問題となっていた。

このため、光路に対して、音響光学変調器を横方向にな
なめに傾けて配置することも考えられるが、圧電変換子
の面積は小さければ小さいほど圧電変換子の駆動電源に
とっては効率的であり、横方向にななめにすることは効
率的にはムダが多く、電気のエネルギを音波のエネルギ
を介して、変調のためのエネルギに変換する圧電変換子
の面積を小さくてきす、従ってこれに応して駆動電源も
大きなものを使うことになり効率的にできないという問
題があった。

また、高さ方向にななめにしても、戻り光ビームを外す
ことはできるか、１次光の方向が定まっているため縦方
向はブラッグ角に合わせて、光ビームを入射させてやる
必要があり、１次光の方向が所定の方向にならない。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、音響
光学変調器において少なくとも、透明媒質からなる音響
光学媒体の入射端面を該音響光学媒体に接着される縦長
の圧電変換子の長手方向に直交する方向から所定の角度
だけ傾けたことにより、前記圧電変換子の光変調効率を
下げることなく、前記入射端面による入射光ビームの反
射光ビームすなわち戻り光ビームが光源の射出口などへ
入射するのを防止し、画質上問題となるノイズの発生を
防止し、高画質の画像を記録することのできる音響光学
変調器を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、透明媒質からなる音響光学媒体と該音響光学
媒体の一端に接着される両端に電極を持つ縦長の圧電変
換子とを有し、光ビームを該圧電変換子の長手方向に前
記音響光学媒体内を進行させる音響光学変調器において
、前記音響光学媒体の少なくとも光ビームの入射端面を
前記圧電変換子の長手方向と直交する方向から所定の角
度だけ傾けたことを特徴とする音響光学変調器を提供す
るものである。

以下に、本発明に係る音響光学変調器を添付の図面に示
す好適実施例に基づいて詳細に説明する。

第１ａ図、第１ｂ図および第１ｃ図は、それぞれ本発明
の音響光学変調器の上面図、正面図および右側面図であ
る。

第１ａ図〜第１ｃ図において、音響光学変調器（ＡＯＭ
）　１は音響光学媒体（ＡＯＭセル）２と圧電変換子（
トランスデユーサ−）３とを有している。

音響光学媒体２は、通常直方体からなり、上面に圧電変
換子３を接着している。　音響光学媒体２は通常ＡＯＭ
セルとも呼ばれており、透明媒質であって超音波の媒体
となり、光ビームの強度変調か可能てあればいかなる媒
質でもよいが、音響光学性能指数（フィギュア・オブ・
メリット）が大きく、超音波の吸収係数が小さいものが
好ましく、例えは、溶融石英、テルルガラス、重フリン
トガラスなどのガラスおよび二酸化テルル（Ｔｅ０２）
、モリブデン酸鉛（ＰｂＭｏＯ４）などの単結晶などを
挙げることができる。

圧電変換子３は通常２つの電極３ａ、３ｃに挟持された
圧電変換素子３ｂからなり、電極３ａおよび３ｃは圧電
変換子３の駆動源となる高周波電源４に接続されている
。　圧電変換素子３ｂは高周波電源４により、高周波電
圧を印加された時、印加された高周波電気信号を接着さ
れている音響光学媒体２内を進行させる超音波に変換で
きるものであれば何でもよいが、例えば、ニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂ０３）などを挙げることができる。

圧電変換子３は音響光学媒体２の上面に長手方向の中心
軸６に対して、ななめに傾けて接着される。　ここて、
音響光学媒体２は直方体であり、上面４とその両側面で
ある入射端面５ａおよび出射端面５ｂとは垂直であるの
で、圧電変換子３の中心軸６は入射端面５ａおよび出射
端面５ｂに対し、上方から見て極方向に傾くことになる
。　この傾きφはブラッグ角θより大きいが、入射端面
５ａに入射する光ビームρ１が入射端面５ａにより反射
された光ビームｆ１３が光源の射出口などに戻らず、ノ
イズなどを発生させなければ、何度でもよく、光源４０
と音響光学変調器１との距離、光源の射出口の大きさな
どに応して適宜法めることかできる。

音響光学変調器１において、圧電変換子３の電極３ａお
よび３ｃの間に高周波電源４により高周波電圧か印加さ
れると、圧電変換素子３ｂが高周波電気信号に従って超
音波を発生し、この超音波は第１ｂ図に示すように疎密
波となって音響光学媒体２内を進行する。　この時、音
響光学媒体２内に入射端面５ａから光ビームで１が入射
すると、光ビームλ１に対して超音波が伝播している音
響光学媒体２は回折格子の役目をする。　第１ｂ図に示
すように超音波の波面に対し、ブラッグ角θだけ傾いて
入射した光ビームで１は伝播している超音波の波面によ
り回折され、前記波面に対しブラッグ角θだけ傾く方向
に反射されて出射端面５ｂから射出される。　ここで、
入射光ビームＪ２１　　（０次光）と出射光ビームβ２
　（１次光）とはブラッグ角の２倍（２θ）をなす。

これに対し、第１ａ図に示すように上方から見ると、光
ビームは入射光ビームＩ１１　として入射端面５ａから
入射し、音響光学媒体２中を中心軸６と平行に進行し、
出射光ビームρ２として出射端面５ｂから射出する。　
この時、第１ａ図で見て入射端面５ａと中心軸６は直交
していないため、入射光ビームＪ２ｉ　に対し入射端面
５ａで反射された反射光ビームｆ１３が入射光ビームＪ
２１　に対し角度２φをなし、反射光ビーム＆３は光源
側へ戻るが光源の射出口等へは入射しないのでノイズ発
生の原因とはならない。

次に、本発明の音響光学変調器の別の実施例を第２ａ図
、第２ｂ図および第２Ｃ図に示す。

圧電変換子の配置および入射端面および出射端面を除き
、第１ａ図〜第１Ｃ図に示す音響光学変調器１と第２ａ
図〜第２Ｃ図に示す音響光学変調器１１とは同じ構成を
有しており、同じ構成要素には同じ番号を付し、その詳
細な説明は省略する。

第２ａ図〜第２ｃ図に示す音響光学変調器１１では、圧
電変換子３は音響光学媒体１２の上面にそれぞれの中心
軸が平行になるように接着されるが、音響光学媒体１２
の入射端面１５ａと出射端面１５ｂを上面１５ｃに直角
な位置から角φだけ傾けられている。　このため、第２
ａ図に示すように、上方から見ると光ビーム℃１および
ρ２は中心軸１６と平行であるが、第２ｂ図に示すよう
に、入射光ビームｐ１に対して入射端面１５ａで反射さ
れる出射光ビームρ３のなす角は２φとなり、入射光ビ
ームｆ１１に対し出射光ビームｆ１２のなす角２θ（ブ
ラッグ角の２倍）より大きく、反射光ビームＩ１３は光
源の射出口等へ戻らず、ノイズ発生などの原因となるこ
とはない。

第３図は本発明の音響光学変調器を記録用光ビーム走査
装置に適用した一実施例を概念的に示す斜視図である。

光ビーム走査装置３０は基本的に本発明の音響光学変調
器１を含むレーザ光源部３２と光偏向器（ガルバノメー
タミラー）３３と、副走査部（読取部）３４とを有し、
光学系を構成するレーザ光源部３２と、光偏向器３３な
どは定盤３６上に載置されている。

レーザ光源部３２はレーサ発振器からなるレーザ光源３
８、レーザ光源３８から放射されたレーザビーム４０を
音響光学変調器１に向けるミラー４２、レーザビーム４
０を強度変調する本発明の音響光学変調器１、レーザビ
ーム４０の径の大きさを厳密に調整するビームエクスパ
ンダ−４４、レーザビーム４０を光偏向器３３へ向ける
ミラー４６などで構成され、レーザビーム４０が光偏向
器３３の偏向点３３ａに正確に一致するように光学系を
構成している。

これらの構成要素であるレーザ光源３８、ミラー４２、
ビームエクスパンダ−４４、ミラー４６はレーザビーム
４０の光軸のずれを生しさせないように定盤３６上に載
置され、種々の手段により固定されている。

ここて、本発明の音響光学変調器１は第１ａ図に示すよ
うに、上方から見て、圧電変換子３の中心軸６が直方体
をなす音響光学媒体２の上面５ｃにこの上面５ｃの中心
軸（長手方向）と角度φだけ傾けて接着されているため
、音響光学変調器１を通過するレーザビームの光路が圧
電変換子３の中心軸と一致するように、音響光学媒体２
が角度φだけ傾くように音響光学変調器１が配設される
。　このため圧電変換子３の中心軸６に沿うように音響
光学媒体２に入射する光ビームＪ２１が入射端面５ａに
垂直な位置から角度φだけ傾いて入射するので、入射端
面５ａで反射した反射光ビーム、１２３は入射光ビーム
！１に対して角度２φだけ傾くことになる。　従って、
反射光ビーム、Ｉ２３は光源例えば第３図に示すレーザ
光源３８の射出口に戻ることはないので、ノイズの発生
の原因となることはなく、良好な画像記録を行なうこと
ができる。

もちろん、第１ｂ図に示すように、横方向（正面）から
見れば、光ビーム１１は圧電変換子３が起動され、音響
光学媒体２中を超音波が進行しているとブラッグ回折を
起こすため、ブラッグ角θだけ水平位置より傾いて入射
し、超音波の波面でブラッグ角θだけ傾いて反射される
。　この時、音響光学変調器１では入射光ビームＩｌｌ
　は前記超音波の波面により光強度変調される。

すなわち、音響光学変調器１においては電気信号化され
た文字情報も含めて画像情報に基づいて変調された高周
波電源４からの高周波電気信号により圧電変換子３によ
り超音波が発生し、該超音波は音響光学媒体２中を伝播
し、疎密波を発生させ、入射してくる入射光ビームで１
を光強度変調することにより、出射光ビームｆ１２に前
記画像情報を担持させることができる。

光偏向器３３は、マウント４８を介して定盤３４に取り
付けられている。

光偏向器３３は駆動されていない時は、機械的な中立位
置を保っているが、駆動されると、駆動電流に応して該
中立位置の両側に揺動し、レーザビーム４０を偏向点３
３ａを中心として参照符号４０ａから４０ｂまで一次元
方向に偏向することができるように構成されている。

光偏向器３３の後方（以下、レーザビームの進行方向を
示す）の定盤３６の所定の位置にそれぞれ走査レンズ５
０および立下げミラー５２が載置され、固定されている
。　そして、レーザビーム４ｏは光偏向器３３の揺動に
よって所定角度偏向される。　反射偏向されたレーザビ
ーム４０は走査レンズ５０に入り、被走査体である記録
材料５４上に集束するように、ビーム径を厳密に調整さ
れ、参照符号４０ａ〜４０ｂまで間を心動する。　走査
レンズ５０を通過したレーザビーム４０は立下げミラー
５２により立下げられ、定盤３６に設けられた開口５６
を通過し、参照符号４０ａ〜４０ｂまでの間を移動して
開口５６の下側に配置される被走査体である記録材料５
４上に１本の主走査線５８を画成する。

副走査部３４は記録材料５４を主走査線５８と略直交す
る矢印Ａで示す方向に搬送するためのローラ、ヘルドコ
ンヘアなどの副走査搬送手段６０を有している。

本発明の音響光学変調器１により画像情報が担持された
レーザビーム４０を光偏向器３３の揺動により参照符号
４０ａから４０ｂまで偏向し、記録材料５４を矢印Ａて
示す方向に副走査搬送しつつ、主走査線５８に沿って露
光走査することにより、記録材料５４の全面を露光走査
することができ、記録材料５４に全画像情報をあますと
ころなく記録することかできるように、副走査および主
走査の速度を同時に調整するように構成されている。

本発明に係る音響光学変調器を組み込んだ光ビーム走査
装置は基本的には以上のように構成されるが、これに限
定されるわけてはなく、この他種々の光学素子を配置し
てよいことは勿論、音響光学変調器を用いて画像情報を
写真感光材料、感光体等の記録材料に記録するものであ
れはどのような光ビーム走査装置に組み込んでもよい。

〈作　　用〉 本発明に係る音響光学変調器は基本的には以上のように
構成されるものであり、その作用について説明する。

先ず、レーザ光源３８から放射されたレーザビーム４０
はミラー４２により、音響光学変調器１の圧電変換子２
の中心＠６に沿い、水平方向に対してはブラッグ角θを
考慮した角度で音響光学媒体２に入射てきるように反射
される。

この時音響光学変調器１の圧電変換子２には画像情報に
応した電気信号を印加されているので前記画像情報に応
した超音波を発生し、該超音波は音響光学媒体２内を進
行する。　このため、音響光学媒体２に入射したレーザ
ビーム４０　（ｆｌｌ）は該超音波すなわち前記画像情
報に応して光強度変調され、前記画像情報を担持したレ
ーザビーム４０（Ｊ２２）として出射する。　音響光学
変調器１を出射したレーザビーム４０は、ビームエクス
パンダ−４４によりその径を厳密に調整され、ミラー４
６により反射されて光偏向器３３の偏向点３３ａに向か
って進行する。

光偏向器３３が所定の角度揺動すると、レーザビーム４
０を所定角度偏向する。　偏向されたレーザービーム４
０は走査レンズ５０を通過して、記録材料５４上に集束
するように焦点を調整され、立下げミラー５２のにより
立ち下げられ、開口５６を通過して、参照符号４０ａか
ら４０ｂまで８動して、記録材料５４上に主走査線５８
を画成する。　同時に記録材料５４は副走査搬送機構６
０により主走査線５８と略直交する方向（矢印Ａで示す
方向）に搬送されているので、被走査体である記録材料
５４は二次元的に全面に亘って露光走査される。

こうして、音響光学変調器１によりレーザビーム４０に
担持された画像情報の全てが記録材料５４に潜像あるい
は顕像として記録される。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて詳細に説明
したが、本発明はこの実施態様に限定されるわけてはな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良
並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

〈発明の効果〉 以上、詳述したように、本発明によれば、その中心軸が
光ビームの光路の進行方向とほぼ一致する圧電変換子を
音響光学媒体の入射端面に直交する方向から所定角度傾
けて配置できるように音響光学媒体の上面に接着するこ
とにより、音響光学媒体に入射する光ビームの入射端面
における反射光ビームが光源の光射出口などに戻ること
を防止てき、ノイズ発生を防止することかでき、−記録
された画像にムラやボケなどのない高画質の画像を得る
ことのできる音響光学変調器を提供できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図および第１Ｃ図は、本発明に係る音
響光学変調器の一実施例の上面図、正面図および側面図
である。 第２ａ図、第２ｂ図および第２ｃ図は、本発明に係る音
響光学変調器の別の実施例の上面図、正面図および側面
図である。 第３図は、本発明の音響光学変調器を組み込んだ記録用
光ビーム走査装置の一実施例の斜視図である。 第４ａ図および第４ｂ図は、従来の音響光学変調器の正
面図および上面図である。 符号の説明 １．１１．７０・・・音響光学変調器、２．１２．７２
・・・音響光学媒体、 ３．７４・・・圧電変換子、 ３ａ、３Ｃ，７４ａ、７４ｃｍ＝電極、３ｂ、７４ｂ・
・・圧電変換素子、 ４．８２・・・電源、 ５ａ、１５ａ、７６ａ・・・入射端面、５ｂ、１５ｂ、
７６ｂ・・・出射端面、５ｃ、１５ｃ・・・上面、 ６．１６．７８・・・中心軸、 ３０・・・光ビーム走査装置、 ３２・・・レーザー光源部、 ３３・・・光偏向器、 ３３ａ・・・偏向点、 ３４・・・副走査部、 ３６・・・定盤、 ３８・・レーザー光源、 ４０．４０ａ、４０ｂ・・・レーサービーム、４２・・
・ミラー、 ４４・・・ビームエクスパンダ−１ ４６・・・ミラー、 ４８・・・マウント、 ５０・・・走査レンズ、 ５２・・立下げミラー、 ５４・・・記録材料、 ５６・・・開口、 ５８・・・主走査線、 ６０・・・副走査搬送手段、 ８０・・・光源、 ｆｌ、・・・入射光ビーム、 で、・・・出射光ビーム、 ℃１・・・反射光ビーム ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　透明媒質からなる音響光学媒体と該音響光学媒体の一
   端に接着される両端に電極を持つ縦長の圧電変換子とを
   有し、光ビームを該圧電変換子の長手方向に前記音響光
   学媒体内を進行させる音響光学変調器において、 前記音響光学媒体の少なくとも光ビームの入射端面を前
   記圧電変換子の長手方向と直交する方向から所定の角度
   だけ傾けたことを特徴とする音響光学変調器。