JPH0785153B2 - Acousto-optic device - Google Patents

Acousto-optic device

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JPH0785153B2
JPH0785153B2 JP19186186A JP19186186A JPH0785153B2 JP H0785153 B2 JPH0785153 B2 JP H0785153B2 JP 19186186 A JP19186186 A JP 19186186A JP 19186186 A JP19186186 A JP 19186186A JP H0785153 B2 JPH0785153 B2 JP H0785153B2
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ultrasonic
acousto
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文隆 簡
直司 早川
雅典 竹之内
勇 下田
昌彦 奥貫
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、複数の電子線源を独立して駆動することが可
能な電子線発生装置を用いた音響光学装置に関するもの
である。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an acousto-optical device using an electron beam generator capable of independently driving a plurality of electron beam sources.

[従来の技術] 超音波光偏向器は音響光学効果を有する媒質中を伝搬す
る光束を、媒質中に発生させた超音波によって偏向させ
る技術を利用した音響光学装置であり、光制御における
素子として近年その重要性が増しつつある。
[Prior Art] An ultrasonic optical deflector is an acousto-optical device that uses a technique of deflecting a light beam propagating in a medium having an acousto-optic effect by an ultrasonic wave generated in the medium, and is used as an element in light control. In recent years, its importance is increasing.

第10図は従来から使用されている超音波光偏向器の一例
を示す概略構成図、第11図はその動作説明図である。第
10図において、音響光学効果を有する媒質SUB上で、圧
電体Pを挟むように電極D1、D2が設置され、これらの電
極D1、D2間には高周波信号源SGが設けられている。この
高周波信号源SGで発生された高周波信号は電極D1とD2の
間に印加され、圧電体Pにおいてその圧電性によって電
気信号が機械的な振動に変換されて超音波が発生する。
そして、その超音波は媒質SUB中に伝達され、体積波
(バルク波)の平面波APWとなって、媒質SUB中をその表
面と垂直な方向DPへと伝搬する。このようにして発生し
た超音波の波面は、入射光Liに対して回折格子として作
用し、ブラッグ回折を生じさせる。その結果、入射光Li
は一部が回折光L1となり残りが非回折光L0となって媒質
SUBから出射する。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventionally used ultrasonic optical deflector, and FIG. 11 is an operation explanatory diagram thereof. First
In FIG. 10, electrodes D1 and D2 are provided on a medium SUB having an acousto-optic effect so as to sandwich the piezoelectric body P, and a high frequency signal source SG is provided between these electrodes D1 and D2. The high-frequency signal generated by the high-frequency signal source SG is applied between the electrodes D1 and D2, and the piezoelectric body P converts the electric signal into mechanical vibration to generate ultrasonic waves.
Then, the ultrasonic wave is transmitted into the medium SUB, becomes a plane wave APW of a volume wave (bulk wave), and propagates in the medium SUB in a direction DP perpendicular to the surface thereof. The wavefront of the ultrasonic wave thus generated acts as a diffraction grating on the incident light Li and causes Bragg diffraction. As a result, the incident light Li
Part is diffracted light L1 and the rest is non-diffracted light L0
Emit from SUB.

ブラッグ回折格子の間隔、即ち媒質SUB中を伝搬する超
音波の波長は、電極D1、D2に印加する高周波信号の周波
数によって決定される。従って、高周波信号源SGから発
生する信号の周波数を変えることにより、回折光L1の回
折角が変化し、回折光L1はZ方向へTzで示すように振ら
せることができる。
The spacing of the Bragg diffraction grating, that is, the wavelength of the ultrasonic wave propagating in the medium SUB is determined by the frequency of the high frequency signal applied to the electrodes D1 and D2. Therefore, by changing the frequency of the signal generated from the high-frequency signal source SG, the diffraction angle of the diffracted light L1 changes, and the diffracted light L1 can be swung in the Z direction as shown by Tz.

第11図はこのような回折角の変化を説明するための断面
図である。第11図(a)は電極D1とD2とを高い周波数で
駆動した場合であり、回折光L1は非回折光L0に対し、角
度T1で回折されている。第11図(b)は電極D1、D2を低
い周波数で駆動した場合であり、回折角はT2(T1>T2)
である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining such a change in diffraction angle. FIG. 11A shows the case where the electrodes D1 and D2 are driven at a high frequency, and the diffracted light L1 is diffracted at an angle T1 with respect to the non-diffracted light L0. FIG. 11 (b) shows the case where the electrodes D1 and D2 are driven at a low frequency, and the diffraction angle is T2 (T1> T2).
Is.

このような従来の超音波光偏向器においては、超音波の
発生を圧電体Pを利用した超音波トランスデューサを用
いて行うため、次のような欠点を有している。
Such a conventional ultrasonic optical deflector has the following drawbacks because the ultrasonic wave is generated using the ultrasonic transducer using the piezoelectric body P.

I.トランスデューサはその形状によって動作周波数帯域
幅に制限を持つため、発生し得る超音波の波長が限られ
ており、偏向角の範囲が広くできない。
I. Since the transducer has a limited operating frequency bandwidth depending on its shape, the wavelength of ultrasonic waves that can be generated is limited, and the range of the deflection angle cannot be widened.

II.発生される超音波の波面は、トランスデューサと平
行な方向に限られるため、第11図から明らかなように入
射光束と波面とのなす角は一定である。そのため、ブラ
ッグの条件を完全に満足する周波数はただ1点であり、
超音波トランスデューサの帯域幅内であっても、この周
波数以外ではブラックの条件からのずれにより回折効率
が低下する。
II. Since the wavefront of the ultrasonic wave generated is limited to the direction parallel to the transducer, the angle between the incident light beam and the wavefront is constant as is clear from FIG. Therefore, there is only one frequency that completely satisfies Bragg's condition,
Even within the bandwidth of the ultrasonic transducer, the diffraction efficiency decreases due to the deviation from the black condition at frequencies other than this frequency.

[発明の目的] 本発明の目的は、電子線発生装置から強度変調された複
数個の電子線を個別に制御して発生し、音響光学効果を
有する媒質に照射し、所望の超音波を発生させることに
より媒質中を伝搬する光束を広い角度範囲で偏向させる
ことが可能な音響光学装置を提供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to generate a desired ultrasonic wave by irradiating a medium having an acousto-optic effect by individually generating a plurality of intensity-modulated electron beams from an electron beam generator. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an acoustooptic device capable of deflecting a light beam propagating through a medium in a wide angle range.

[発明の概要] 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、独立して
駆動できる複数個の電子線源を二次元配列した電子線発
生装置と、強度変調した電子線を個々の電子線源から個
別に発生し、音響光学効果を有する媒質に照射して超音
波を発生させる制御手段とを備えたことを特徴とする音
響光学装置である。
[Summary of the Invention] The gist of the present invention for achieving the above-described object is to provide an electron beam generator in which a plurality of electron beam sources that can be independently driven are two-dimensionally arranged, and an electron beam in which an intensity-modulated electron beam is individually emitted. An acousto-optic device comprising: a control unit that individually emits from a radiation source and irradiates a medium having an acousto-optic effect to generate an ultrasonic wave.

[発明の実施例] 以下に第1図〜第9図に図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。
[Embodiment of the Invention] A detailed description will be given below based on an embodiment shown in FIGS. 1 to 9.

第1図は概略構成図であり、音響光学効果特性を有する
結晶或いはその他の媒質SUB上に電子線発生装置を用い
た超音波トランスデューサEATが設置されており、媒質S
UBに入射光Liが入射するようになっている。超音波トラ
ンスデューサEATから媒質SUB中に発生される超音波APW
の波面は、媒質SUB中をDA方向へと伝搬する。超音波APW
の波面は入射光Liに対して回折格子として作用し、ブラ
ッグ回折を生じさせる。その結果、入射光Liは一部がL1
となり、残りが非回折光L0となって媒質SUBから出射す
る。超音波トランスデューサEATは発生する超音波APWの
波面の方向を任意に制御することが可能であり、トラン
スデューサの形状による周波数帯域の制限を持たない。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram in which an ultrasonic transducer EAT using an electron beam generator is installed on a crystal or other medium SUB having an acousto-optic effect characteristic, and a medium S
Incident light Li enters the UB. Ultrasonic wave APW generated from ultrasonic transducer EAT in medium SUB
The wave front of propagates through the medium SUB in the DA direction. Ultrasonic APW
The wave front of acts as a diffraction grating for the incident light Li and causes Bragg diffraction. As a result, part of the incident light Li is L1.
And the rest becomes non-diffracted light L0, which is emitted from the medium SUB. The ultrasonic transducer EAT can arbitrarily control the direction of the wavefront of the generated ultrasonic wave APW, and does not limit the frequency band due to the shape of the transducer.

第2図〜第6図は超音波トランスデューサEATの動作の
説明図である。第2図は電子線発生装置を用いた超音波
トランスデューサEATの概略構成図である。固体電子線
発生装置EBHの下面には、電子線源EBSが二次元に等間隔
に配列されている。そして、基板SUBが固体電子線発生
装置EBHの対向して配置され、電子線発生装置EBHの基板
SUBに対向する面には加速電圧を印加するための電極MAC
が形成されている。一方、基板SUBは任意の固体であ
り、電極MACとの間に直流の加速電圧VACが印加されてい
る。なお、基板SUBが電気的絶縁体であれば表面に金属
電極を形成して電圧VACを印加することができる。
2 to 6 are explanatory views of the operation of the ultrasonic transducer EAT. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic transducer EAT using an electron beam generator. Electron beam sources EBS are two-dimensionally arranged at equal intervals on the lower surface of the solid-state electron beam generator EBH. The substrate SUB is arranged so as to face the solid-state electron beam generator EBH, and the substrate of the electron beam generator EBH is arranged.
Electrode MAC for applying accelerating voltage to the surface facing SUB
Are formed. On the other hand, the substrate SUB is an arbitrary solid, and the DC acceleration voltage VAC is applied between the substrate SUB and the electrode MAC. If the substrate SUB is an electrical insulator, a metal electrode can be formed on the surface to apply the voltage VAC.

電子線源EBSとしては、例えば特公昭54−30274号,特開
昭54−111272号、特開昭56−15529号、特開昭57−38528
号公報等に開示されているような構造のものを用いるこ
とができる。これは、pn接合に逆方向電圧を供給して電
子なだれ増倍(アバランシェマルチプリケーション)を
生じさせることにより半導体基体内に電子を発生させ、
半導体基体から電子を放出させるようにしたものであ
る。これによれば、このような電子線発生装置BH上に二
次元配列された電子線源EBSは、逆方向電圧の印加を個
々の電子線源EBSごとに適宜に制御することにより、独
立的に駆動することが可能である。
Examples of the electron beam source EBS include Japanese Patent Publication No. 54-30274, Japanese Patent Laid-Open No. 54-111272, Japanese Patent Laid-Open No. 56-15529, and Japanese Patent Laid-Open No. 57-38528.
It is possible to use a structure as disclosed in Japanese Patent Publication No. This is because electrons are generated in the semiconductor substrate by supplying a reverse voltage to the pn junction and causing electron avalanche multiplication (avalanche multiplication).
The semiconductor substrate is made to emit electrons. According to this, the electron beam source EBS arranged two-dimensionally on such an electron beam generator BH, by independently controlling the application of the reverse voltage for each electron beam source EBS, independently. It is possible to drive.

第3図は第2図に示した超音波トランスデューサEATの
動作の一例を示す断面図である。上述のように二次元配
列された電子線源EBSは、それぞれに個別に制御されて
電子線CEBを発生することが可能であるが、第3図の例
では全ての電子線源EBSから同時に断続された電子線CEB
が発生されるようになっている。なお、電子線CEBの断
続周波数は数K Hzから数100M Hzの範囲が可能であり、
断続的に発生された電子線CEBは加速電圧VACにより加速
されて基板SUBの表面に衝突し、基板SUB中に電子線CEB
の断続周波数と等しい周波数の超音波を発生する。
FIG. 3 is a sectional view showing an example of the operation of the ultrasonic transducer EAT shown in FIG. As described above, the two-dimensionally arranged electron beam sources EBS can be individually controlled to generate the electron beam CEB, but in the example of FIG. 3, the electron beam sources EBS are intermittently connected at the same time. Electron beam CEB
Is generated. The intermittent frequency of the electron beam CEB can range from several K Hz to several 100 MHz.
The electron beam CEB generated intermittently is accelerated by the acceleration voltage VAC and collides with the surface of the substrate SUB, and the electron beam CEB is absorbed in the substrate SUB.
Generates ultrasonic waves with a frequency equal to the intermittent frequency of.

単一の断続された電子線の衝突による基板中への超音波
の発生は、例えば「生駒・赤塚、“電子線超音波顕微
鏡”、応用物理第51巻第2号(1982)、205(95)頁」
に詳述されている。それによれば、基板表面に加速され
て衝突した電子線の持つエネルギの大部分は熱となり基
板中に熱波が発生される。この熱波は熱弾性効果により
超音波となって基板中を伝搬し、超音波の周波数は電子
線の断続周波数に等しくなる。このような単一の電子線
を用いた場合に、超音波の発生源は1点であり、そこか
ら発生された超音波はほぼ球面波となる。
The generation of ultrasonic waves in a substrate by the collision of a single intermittent electron beam is described in, for example, “Ikoma Akatsuka,“ Electron Beam Acoustic Microscope ”, Applied Physics Vol. 51, No. 2 (1982), 205 (95). )page"
Are detailed in. According to this, most of the energy of the electron beam that is accelerated and collides with the substrate surface becomes heat, and a heat wave is generated in the substrate. This heat wave becomes an ultrasonic wave that propagates in the substrate due to the thermoelastic effect, and the frequency of the ultrasonic wave becomes equal to the intermittent frequency of the electron beam. When such a single electron beam is used, the ultrasonic wave is generated at one point, and the ultrasonic wave generated from the ultrasonic wave becomes a substantially spherical wave.

これに対し、第3図に示した超音波トランスデューサEA
Tでは電子線CEBは二次元に配列されて基板SUBの表面に
衝突するため、熱波TWも二次元に並んで超音波発生源と
なり、全ての電子線源EBSは同時に断続されるため、熱
波TW及びそれにより発生する超音波は全て位相が等し
い。このように、二次元に並んだ発生源から等しい位相
で発生された超音波は重ね合わされて平面波APWとな
り、基板SUB中をその表面に垂直な方向DPに伝搬するこ
とになる。
On the other hand, the ultrasonic transducer EA shown in FIG.
At T, the electron beams CEB are arranged two-dimensionally and collide with the surface of the substrate SUB, so that the heat wave TW also becomes two-dimensionally aligned and becomes an ultrasonic wave generation source, and all electron beam sources EBS are interrupted at the same time. The wave TW and the ultrasonic waves generated thereby all have the same phase. In this way, the ultrasonic waves generated in the same phase from the two-dimensionally arranged sources are superposed and become a plane wave APW, which propagates in the substrate SUB in the direction DP perpendicular to the surface thereof.

第4図は第2図の超音波トランスデューサEATの他の動
作例を示す断面図である。前述したように、電子線源EB
Sはそれぞれ独立して駆動することが可能である。第4
図では、このような特長を用いて電子線源EBS1、EBS2、
…に順次に遅延を持たせつつ、同一の断続周波数の電子
線CEBを照射する。これらの電子線CEBは上述したよう
に、基板SUBに衝突して超音波発生源となるが、各電子
線源EBS1、EBS2、…から発生する電子線CEBに遅延があ
るため、対応する超音波発生源から発生する超音波の球
面波には位相遅れが生ずる。従って、波面合成の原理に
よりこれらの球面波は重ね合わされて、この遅延時間に
よって決定される方向DSへと伝搬する平面波APWとな
る。
FIG. 4 is a sectional view showing another operation example of the ultrasonic transducer EAT of FIG. As mentioned above, the electron beam source EB
Each S can be driven independently. Fourth
In the figure, electron beam sources EBS1, EBS2,
The electron beam CEB having the same intermittent frequency is irradiated while sequentially delaying the ... As described above, these electron beams CEB collide with the substrate SUB and serve as ultrasonic wave generation sources, but since the electron beam CEBs generated from the respective electron beam sources EBS1, EBS2, ... The spherical wave of the ultrasonic wave generated from the generation source has a phase delay. Therefore, due to the principle of wave field synthesis, these spherical waves are superposed to form a plane wave APW propagating in the direction DS determined by this delay time.

基板SUB内に発生する超音波APWの伝搬する方向DSは、上
述したように電子線源EBSから発生する断続された電子
線CEBの遅延時間によって決定される。第5図はこのよ
うな遅延時間と伝搬方向DSの関係の説明図である。第5
図(a)は基板SUBを超音波APWの伝搬方向DSから基板SU
B表面へ下した垂線のなす面で切った場合の断面図であ
り、CEB1、CEB2はこの平面内の断続された電子線、P1、
P2は基板SUBの表面の電子線CEB1、CEB2が照射される点
である。点P1とP2との距離をd,超音波伝搬方向DSと基板
SUB表面にたてた垂線とのなす角をθ、超音波の速度をV
a,波長をλで表している。
The propagation direction DS of the ultrasonic wave APW generated in the substrate SUB is determined by the delay time of the intermittent electron beam CEB generated from the electron beam source EBS as described above. FIG. 5 is an explanatory view of such a relationship between the delay time and the propagation direction DS. Fifth
Figure (a) shows the substrate SUB from the propagation direction DS of the ultrasonic APW to the substrate SU.
It is a cross-sectional view when cut by a plane formed by a perpendicular line hung on the B surface, CEB1 and CEB2 are intermittent electron beams in this plane, P1 and
P2 is a point where the electron beams CEB1 and CEB2 on the surface of the substrate SUB are irradiated. The distance between points P1 and P2 is d, the ultrasonic wave propagation direction DS and the substrate
The angle formed by the perpendicular to the SUB surface is θ, and the ultrasonic velocity is V
a, the wavelength is represented by λ.

第5図(b)は点P1及びP2に照射される電子線CEBの断
続を示し、点P2ではP1よりも時間τだけ遅れて電子線CE
Bが断続される場合を示し、断続周波数は何れもfとす
る。また、電子線CEB2が点P2に到達した時点で、点P1が
到達した基板SUB内の位置をP1′とし、点P1とP1′との
距離をhとする。従って、時間τ後には電子線CEB1は距
離τ・λ/(1/f)だけ移動していることになり、この
とき点P1及びP2における電子線CEBの断続が、基板SUBの
中の超音波APWに対し同一の作用を持つ条件は、 τ/(1/f)・λ=h 従って、τ/(1/f)=h/λ =d/(λ/sinθ) であるから、f・λ=Vaを用いて、 sinθ=τ・Va/d …(1) で超音波の伝搬方向DSが与えられる。或いは、基板SUB
内に所望の方向へ超音波を発生するには、(1)式を変
形して、 τ=d・sinθ/Va …(2) から求められる時間τを用いて、電子線CEBの発生を遅
延させればよい。
FIG. 5 (b) shows the interruption of the electron beam CEB irradiated to the points P1 and P2. At the point P2, the electron beam CE is delayed by a time τ from P1.
The case where B is intermittent is shown, and the intermittent frequency is f. Further, when the electron beam CEB2 reaches the point P2, the position in the substrate SUB where the point P1 reaches is defined as P1 ′, and the distance between the points P1 and P1 ′ is defined as h. Therefore, after the time τ, the electron beam CEB1 has moved by the distance τ · λ / (1 / f), and at this time, the interruption of the electron beam CEB at the points P1 and P2 causes the ultrasonic wave in the substrate SUB. The conditions that have the same effect on APW are: τ / (1 / f) ・ λ = h Therefore, τ / (1 / f) = h / λ = d / (λ / sinθ), so f ・ λ = Va, the propagation direction DS of the ultrasonic wave is given by sin θ = τ · Va / d (1). Alternatively, the substrate SUB
In order to generate ultrasonic waves in the desired direction, the formula (1) is modified and the generation of the electron beam CEB is delayed by using the time τ obtained from τ = d · sin θ / Va (2) You can do it.

第5図は前述したように超音波の伝搬方向DSから基板SU
Bの表面へ下した垂線が構成する面による断面図である
が、二次元配列した電子線源EBSの一方の軸がこの面内
に存在する必要はない。第6図は、このような事情を説
明するための電子線発生装置EBHの平面図である。この
第6図において、白丸記号は二次元配列された電子線源
EBSを表しており。超音波の伝搬方向DSの基板SUB表面へ
の斜影をx軸、それと直交する方向をy軸とし、原点は
任意に1個選び出した電子線源EBS0とする。このとき、
任意の電子線源EBSiの位置を(xi,yi)で表すと、原点
の電子線源EBS0に対する電子線源EBSiの遅延時間τi
を、 τi=x・sinθ/Va …(3) とすることにより、基板SUB中に発生する超音波APWは進
行方向の基板SUB表面への斜影がx軸と一致し、表面に
たてた垂線とのなす角がθとなる。従って、x軸を好適
に選び各電子線源EBSの相対的な遅延を(3)式を満足
するように設定することにより、基板SUB内の任意の方
向へ超音波APWを発生させることができる。このような
超音波の発生は基板SUSの圧電性を用いていないため、
任意の基板に対して超音波APWを発生させることが可能
である。
FIG. 5 shows the substrate SU from the ultrasonic wave propagation direction DS as described above.
It is a cross-sectional view of a plane formed by a perpendicular line to the surface of B, but it is not necessary that one axis of the two-dimensionally arranged electron beam source EBS exists in this plane. FIG. 6 is a plan view of an electron beam generator EBH for explaining such a situation. In FIG. 6, white circles are electron beam sources arranged two-dimensionally.
Represents EBS. The x-axis is the oblique line of the ultrasonic wave propagation direction DS to the surface of the substrate SUB, and the y-axis is the direction orthogonal thereto, and the origin is an electron beam source EBS0 arbitrarily selected. At this time,
When the position of an arbitrary electron beam source EBSi is represented by (xi, yi), the delay time τi of the electron beam source EBSi with respect to the electron beam source EBS0 at the origin is
Is set as τi = x · sin θ / Va (3), the ultrasonic wave APW generated in the substrate SUB has a diagonal line to the surface of the substrate SUB in the traveling direction that coincides with the x axis, and a perpendicular line to the surface. The angle between and is θ. Therefore, the ultrasonic wave APW can be generated in any direction within the substrate SUB by appropriately selecting the x-axis and setting the relative delay of each electron beam source EBS so as to satisfy the expression (3). . Since the generation of such ultrasonic waves does not use the piezoelectricity of the SUS substrate,
It is possible to generate ultrasonic APW for any substrate.

このように、本発明に用いる超音波トランスデューサEA
Tは、基板SUSの任意の方向へ任意の周波数の超音波APW
を発生することが可能である。この特長により本発明の
音響光学装置においては、入射光Liを広い角度に渡って
二次元的に偏向することができる。第7図、第8図を用
いてこれらの動作を説明すると、第7図は第1図に示し
た実施例において、常にブラッグの条件を満足するよう
に超音波が発生できることを示している。第7図(a)
は高い周波数の超音波APWにより入射光Liを偏向させる
場合であり、この場合には超音波APWの波長Λが小さく
なるから、ブラッグの条件を満足させるためには入射光
Liの入射角θを大きくとらなければならない。即ち、超
音波APWを基板SUB表面の法線よりも入射光Liの入射側に
傾けて伝搬するように発生させることにより、超音波AP
Wの波面と入射光Liとをブラッグの条件を満たすように
することができる。
Thus, the ultrasonic transducer EA used in the present invention
T is an ultrasonic wave APW of any frequency in any direction of the substrate SUS
Can occur. Due to this feature, in the acoustooptic device of the present invention, the incident light Li can be two-dimensionally deflected over a wide angle. These operations will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 shows that in the embodiment shown in FIG. 1, ultrasonic waves can always be generated so as to satisfy the Bragg condition. Figure 7 (a)
Is the case where the incident light Li is deflected by the high-frequency ultrasonic wave APW. In this case, the wavelength Λ of the ultrasonic wave APW becomes small. Therefore, in order to satisfy the Bragg condition,
The incident angle θ of Li must be large. That is, the ultrasonic wave APW is generated so as to propagate while being inclined toward the incident side of the incident light Li with respect to the normal line of the surface of the substrate SUB.
The wavefront of W and the incident light Li can be made to satisfy the Bragg condition.

第7図(b)は低い周波数の超音波APWにより光束を偏
向する場合を示し、この場合は超音波APWの波長Λが大
きくなるため、ブラッグの条件を満足させるためには、
入射光Liの入射角θを小さくとらなければならない。従
って、超音波APWを入射光Liの入射側と反対に傾けて伝
搬するように発生させることにより、この場合も超音波
APWの波面と入射光Liとのなす角θを、ブラッグ角を満
足するように設定することができる。
FIG. 7B shows a case where the light beam is deflected by the ultrasonic wave APW having a low frequency. In this case, since the wavelength Λ of the ultrasonic wave APW becomes large, in order to satisfy the Bragg condition,
The incident angle θ of the incident light Li must be small. Therefore, in this case as well, the ultrasonic wave APW is generated so as to propagate while being inclined opposite to the incident side of the incident light Li.
The angle θ between the wavefront of APW and the incident light Li can be set so as to satisfy the Bragg angle.

先に説明した第11図に示す従来例では、超音波APWの波
面と入射光Liとの角度は予め設定した値で固定されてお
り、第一周波数でしかブラッグの条件を満たせないため
に、この周波数以外で回折効率の低下を生じていたが、
本発明では第7図で説明したように常にブラッグの条件
を満足しながら光偏向を行うことができる。更に前述の
ように、本発明に用いる超音波トランスデューサEATに
は形状による周波数帯域制限がないので、広い帯域でこ
のようなブラッグ回折を行わせることができ、偏向角を
極めて広くすることが可能である。
In the conventional example shown in FIG. 11 described above, the angle between the wavefront of the ultrasonic wave APW and the incident light Li is fixed at a preset value, because the Bragg condition can be satisfied only at the first frequency, There was a decrease in diffraction efficiency at frequencies other than this frequency,
In the present invention, the light deflection can be performed while always satisfying the Bragg condition as described with reference to FIG. Further, as described above, since the ultrasonic transducer EAT used in the present invention does not have a frequency band limitation due to the shape, it is possible to perform such Bragg diffraction in a wide band, and it is possible to make the deflection angle extremely wide. is there.

第8図は本発明に係る音響光学装置が従来のように一次
元偏向ではなく、二次元偏向を行うことが可能であるこ
とを示している。第8図(a)、(b)から明らかなよ
うに、超音波APWの波面を入射光Liと直角方向に傾ける
ことにより、入射光Liは超音波APWの周波数変化による
偏向方向と直角方向にも偏向され、これらの2つの偏向
方向を組み合わせることにより、二次元偏向が可能とな
る。
FIG. 8 shows that the acousto-optic device according to the present invention can perform two-dimensional deflection instead of one-dimensional deflection as in the conventional case. As is apparent from FIGS. 8 (a) and 8 (b), by tilting the wavefront of the ultrasonic wave APW in the direction perpendicular to the incident light Li, the incident light Li becomes in the direction perpendicular to the deflection direction due to the frequency change of the ultrasonic wave APW. Is also deflected, and by combining these two deflection directions, two-dimensional deflection is possible.

上述の実施例の説明においては、電子線を断続して超音
波を発生するには、電子線に強度変調がなされていれば
よく、例えば正弦波状の強度変調やデューティ比が1対
1以外のパルス変調を用いることが可能である。
In the above description of the embodiments, in order to intermittently generate an ultrasonic wave by generating an ultrasonic wave, the electron beam may be intensity-modulated. For example, a sinusoidal intensity modulation or a duty ratio other than 1: 1 may be used. It is possible to use pulse modulation.

また、二次元状に配置された電子線源EBSは、独立に駆
動することが可能であり、実施例ではこのような条件の
もとに説明を行った。しかし、駆動のための電極をマト
リクス状に各電子線源EBSに共通に接続することによ
り、二次元配列された電子線源EBSの任意の1個を独立
して駆動することも可能である。このような駆動方法は
電子線源EBSの数が多い場合や、配線や駆動の複雑さを
低減するために有効である。第9図はこのような駆動の
回路図であり、電子線源EBSには縦方向、横方向にそれ
ぞれ共通電極X1、X2、…、Y1、Y2…がマトリクス状に接
続されており、電極X1,X2、…は制御回路CONT1に、電極
Y1、Y2…は制御回路CONT2に接続されている。例えば、
制御回路CONT1で電極X3を、制御回路CONT2で電極Y4を選
択することにより、電子線源EBS34を選択して駆動する
ことができる。
Further, the electron beam sources EBS arranged two-dimensionally can be driven independently, and the description has been given in the embodiment under such conditions. However, it is possible to independently drive any one of the two-dimensionally arranged electron beam sources EBS by commonly connecting the driving electrodes in a matrix to each electron beam source EBS. Such a driving method is effective when there are a large number of electron beam sources EBS and in order to reduce the complexity of wiring and driving. FIG. 9 is a circuit diagram of such a drive. Common electrodes X1, X2, ..., Y1, Y2 ... Are connected in a matrix to the electron beam source EBS in the vertical and horizontal directions, respectively. , X2, ... are connected to the control circuit CONT1 by electrodes
Y1, Y2 ... Are connected to the control circuit CONT2. For example,
The electron beam source EBS34 can be selected and driven by selecting the electrode X3 by the control circuit CONT1 and the electrode Y4 by the control circuit CONT2.

このような駆動方法と上述のデューティ比を好適に選ん
だ電子線のパルス変調による超音波発生とを組み合わせ
て本発明に適用することも可能である。即ち、実施例中
の電子線源EBS間の遅延時間τよりも、電子線源EBSを駆
動するパルス幅を狭くすることにより、同一時刻に駆動
された電子線源EBSを1個のみとすることができる。
It is also possible to apply the present invention by combining such a driving method and ultrasonic wave generation by pulse modulation of an electron beam in which the above-mentioned duty ratio is appropriately selected. That is, by making the pulse width for driving the electron beam source EBS narrower than the delay time τ between the electron beam sources EBS in the embodiment, only one electron beam source EBS is driven at the same time. You can

なお、これらの実施例において電子線発生装置EBHとし
て前述のように特公昭54−30274号等に開示されている
ものを用いたが、本発明に係る音響光学装置において
は、電子線源は独立して駆動できさえすればよく本質的
な事柄ではない。従って、電子線源として他に知られて
いるpn接合のネガティブワークファンクションを用いた
ものや、フィールドエミッション型等の固体電子線源を
用いても本発明は同様の効果が得られる。
In these examples, the electron beam generator EBH disclosed in Japanese Patent Publication No. 54-30274 was used as described above, but in the acoustooptic device according to the present invention, the electron beam source is independent. It is not an essential matter as long as it can be driven. Therefore, the same effects can be obtained by the present invention even if a negative work function using a pn junction, which is known as an electron beam source, or a solid-state electron source such as a field emission type is used.

更に、実施例では二次元に等間隔を配置した電子線源EB
Sを例示したが、等間隔でなくとも本発明に適用し得る
ことも明らかである。
Further, in the embodiment, the electron beam sources EB arranged at equal intervals in two dimensions
Although S is shown as an example, it is obvious that the present invention can be applied even if the intervals are not even.

[発明の効果] 以上説明したように本発明に係る音響光学装置は、二次
元配列された個別に制御し得る電子線源から発生した電
子線を、音響光学効果を有する媒質に照射することによ
って発生させた所望の超音波により入射光を偏向させる
ことにより、広い周波数範囲で常にブラッグの条件を満
足した回折を行わせることが可能となり、広い角度範囲
での光偏向を可能としている。更に、超音波の波面の制
御により超音波の周波数変化による偏向と直角方向への
偏向が可能となり、二次元光偏向を実現することができ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, the acousto-optic device according to the present invention irradiates a medium having an acousto-optic effect with an electron beam generated from a two-dimensionally arrayed individually controllable electron beam source. By deflecting the incident light by the desired ultrasonic wave generated, it becomes possible to always perform diffraction satisfying the Bragg condition in a wide frequency range, and it is possible to deflect light in a wide angle range. Further, by controlling the wavefront of the ultrasonic wave, the ultrasonic wave can be deflected by a frequency change and can be deflected in a direction perpendicular to the ultrasonic wave, so that two-dimensional optical deflection can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る音響光学装置の実施例の概略構成
図、第2図は超音波トランスデューサの概略構成図、第
3図〜第6図は超音波トランスデューサの動作説明図、
第7図、第8図は音響光学装置の動作説明図、第9図は
電子線源を簡易に駆動する回路図、第10図、第11図は従
来の超音波光偏向器の概略構成図である。 符号SUBは音響光学効果を有する媒質、EATは超音波トラ
ンスデューサ、EBHは電子線発生装置、EBSは電子線源、
SGは高周波信号源、D1、D2は電極、MACは加速電極であ
る。
1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an acousto-optic device according to the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic transducer, and FIGS. 3 to 6 are operation explanatory diagrams of the ultrasonic transducer.
7 and 8 are diagrams for explaining the operation of the acousto-optic device, FIG. 9 is a circuit diagram for simply driving the electron beam source, and FIGS. 10 and 11 are schematic configuration diagrams of a conventional ultrasonic optical deflector. Is. SUB is a medium having an acousto-optic effect, EAT is an ultrasonic transducer, EBH is an electron beam generator, EBS is an electron beam source,
SG is a high frequency signal source, D1 and D2 are electrodes, and MAC is an accelerating electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹之内 雅典 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 下田 勇 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 奥貫 昌彦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── (72) Inventor Masanori Takenouchi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Isamu Shimoda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Incorporated (72) Inventor Masahiko Okunuki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】独立して駆動できる複数個の電子線源を二
次元配列した電子線発生装置と、強度変調した電子線を
個々の電子線源から個別に発生し、音響光学効果を有す
る媒質に照射して超音波を発生させる制御手段とを備え
たことを特徴とする音響光学装置。
1. An electron beam generator in which a plurality of electron beam sources that can be independently driven are two-dimensionally arranged, and a medium having an acousto-optic effect by individually generating intensity-modulated electron beams from each electron beam source. An acousto-optic device comprising:
【請求項2】前記制御手段は前記個々の電子線源が所望
の時間だけ遅延して駆動制御することを可能とした特許
請求の範囲第1項に記載の音響光学装置。
2. The acousto-optic device according to claim 1, wherein the control means allows the individual electron beam sources to be driven and controlled with a delay of a desired time.
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