JPS6155659B2 - - Google Patents

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JPS6155659B2
JPS6155659B2 JP54082011A JP8201179A JPS6155659B2 JP S6155659 B2 JPS6155659 B2 JP S6155659B2 JP 54082011 A JP54082011 A JP 54082011A JP 8201179 A JP8201179 A JP 8201179A JP S6155659 B2 JPS6155659 B2 JP S6155659B2
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medium
scan
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signal
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Chaarusu Debenedeikuteisu Reonaado
Uinsento Jonson Richaado
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Original Assignee
Xerox Corp
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Publication of JPS6155659B2 publication Critical patent/JPS6155659B2/ja
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    • H04N1/04—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa
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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
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  • Fax Reproducing Arrangements (AREA)
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  • Laser Beam Printer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、走査装置として回転多面体鏡を用い
たレーザ走査装置の効率及び解像度を改良する方
法及び装置に関する。
従来技術によれば、レーザ走査技術を用いて情
報をレーザ感光媒体上にプリントすることはすで
に開示されている。たとえば、米国特許第
3922485号明細書によれば、電子写真媒体を横切
つて変調レーザビームを走査する多面体光学走査
装置が開示されている。レーザ感光媒体（すなわ
ち、前記特許明細書の電子写真ドラム）上にプリ
ントをするために、特定の出力パワーをもつレー
ザが必要とされる。たとえば、前記特許明細書に
開示された電子写真媒体から成る感光体では、そ
の感光体の所定の帯電領域を放電してプリントを
行なうために該感光体上に１ｍＷのレーザ光束を
入射させることが必要とされる。入力レーザに必
要とされるパワー条件を小さくしてその入力レー
ザの価格を下げかつその大きさを小さくするため
に、従来技術によれば、レーザ効率、換言すれば
光学装置の効率を最適にしてある出力パワーと評
価された所定の入力レーザについて感光体上に最
大のレーザビームパワーを与えるように研究され
ている。その研究の１つは光学素子、たとえば変
調器、多面体走査装置その他の多数の光学素子か
ら成る主構成要素を最適なものとすることであつ
た。しかしながら、この光学装置は、ある点で効
率がそれ以上大きくならなくなつてしまう。通常
光学走査装置の効率は10％のオーダであるので感
光体上に１ｍＷの電力を印加するのに10ｍＷのレ
ーザを必要とする。これを実行するには、装置の
設計者がレーザの可能出力を高めて、信頼性、寿
命、製造費、開発費及び市場販売費について優れ
た特徴を具備するレーザを開発しなければならな
い。
光学装置の構成要素のうちいくらかの要素が効
率が悪いのは、種々の光学表面の汚れ及びガラス
と空気との界面における光パワーの損失のためで
あることが注目された。光学装置の各構成要素の
表面上における損失は、各構成要素の透過率に影
響を及ぼしかつ走査装置全体の効率に累加的に影
響を及ぼす。さらに、前記特許明細書に開示され
ている走査装置のように復帰トレース時間を短縮
するために照射すべき面を１つ以上必要とする走
査装置では、１回に１つの面から１本のビームだ
けしか利用することができないのでその走査装置
の効率は低下する。通常は、走査線を横切る比較
的一様な光量を発生するために、走査装置の走査
面を照射するビームは拡大されて走査面を十分に
照射するようになつている。ビームを拡大する
と、走査面が完全な反射面であつたとしても走査
装置を通過する光の割合がかなり低下する。この
２つの面を照射する場合に固有な問題は、走査方
向にある多面体に当たる光ビームに比べて大きな
走査面を有する走査装置用いることにより最小に
することができる。これは、大きな多面体を許容
可能な低解像度装置若しくは低速走査装置には適
用できるが、高解像度装置若しくは高速走査装置
については許容できない。
前記不利な点は、米国特許出願第785258号明細
書に開示された装置により修正されている。本明
細書に開示するように、レーザビームを走査す完
了する間は１つの面に追従させその後次の走査の
ために次の面に移動させるように偏向させるため
に作動素子を用いている。低帯域及び高帯域装置
では、この作動光学素子は、入射レーザビームを
変調かつ偏向するのに用いる音響光学ブラツグセ
ルであるのが好ましい。
補償がなければ、それらの形状の光学データ記
録装置、たとえば後述するレーザ走査装置に移動
像ぼけ問題、すなわち記録媒体と該記録媒体上に
入射する合焦レーザ書込みビームとの間に大きな
相対運動が生じるという問題が起き得る。極めて
高速の電気光学変調器を用いることによりこの移
動像ぼけを軽減することは可能であるが、この技
術はかなり高価なものとなりがちである。ステー
ト・オブ・ジ・アート（state−of−the−art）音
響光学変調器では、実際にはレーザビームを横切
る音波面の伝播時間により変調装置の立上り時間
が制限されるので多くの応用例においては効果的
ではなく、それにより、高速入力ビデオ情報に対
する変調器の応答が低下し若しくはかなり制限さ
れる。米国特許出願第920314号明細書によれば、
光学データ記録装置にステート・オブ・ジ・アー
ト音響光学変調器の利用と関連して帯域幅及び立
上り時間が制限されるのを、その音響光学パルス
の運動を記録媒体上に再投影することにより緩和
し、それにより音響光学変調器の有効帯域幅を大
いに大きくしかつ記録媒体面上に形成された像の
像ぼけを軽減する技術が開示されている。回転走
査装置と電子写真記録媒体とを用いる実施例で
は、変調装置と記録媒体との間の装置の倍率をほ
ぼ音響光学変調器の音波面の速度に対する走査レ
ーザ書込みビームの速度の比に等しくなるように
選択することにより、音波パルス（本質的にビデ
オ情報を含む）に記録表面を追従させてその記録
媒体にビデオ信号の像ぼけのない異種同形の図形
を描くように音波パルスが記録媒体面上に再投影
される。
前記第１の概念によれば、高い光学出力効率に
より必要なレーザパワーを最小にすることができ
る。しかしながら、この装置の解像度は、たいて
いの目的を満たすけれども、その装置が発生する
出力に高解像度を必要とする応用例に所望される
解像度よりも低い。面に追従する概念を利用しな
い従来の走査装置では、音響光学変調器に固有の
パルス像形成が存在することによりわずかに影響
を受けるがこの影響は従来の周知技術により補償
することができることには注目されたい。しかし
ながら面追従を外用する場合には、この影響は重
要となつて装置の解像度を改良するために利用し
なければならない。加えて、現在の音響光学変調
器は、高いビデオデータ速度に対して電気的に無
応答である。
前述の第２の着想（面走行のない場合）は、像
のぼけを最小にすることにより装置の解像度を改
良しかつレーザビームのゆらぎに対する装置の感
度を小さくすることである。しかしながら、多面
体の面の移動により、レーザビームの露光形状が
記録走査ラインの長さ方向に沿つて変化するよう
な歪みが生じ、それにより実際の原画よりも小さ
な出力コピーが作成される。
レーザ走査の応用例において前記２つの概念を
別々に利用することができ、それは満足な結果を
与えるが、同じレーザ走査装置に前記２つの概念
を組合せて利用することにより、各概念を別々に
利用することによつては実現できない程度にまで
かなり装置の性能を高めることができることがわ
かつた。
本発明は、たとえば多面体走査装置のようにレ
ーザビームを記録媒体の面を横切つて走査する回
転走査装置を利用してレーザ走査装置の効率及び
解像度を高める方法及び装置を提供することであ
る。特に、走査が完了する間入射レーザビームを
走査装置の１つの面に追従させ、さらに次の走査
を行なうために次の面に移動させるように入射レ
ーザビームを偏向させるために作動光学素子が用
いられている。低帯域及び高帯域の装置では、こ
の作動光学素子は、入射レーザビームの変調及び
偏向に用いる音響光学ブラツグセルであるのが好
ましい。ブラツグセルと記録媒体との間の装置の
倍率は、ブラツクセル中の音波の速度に対する記
録若しくは書込みレーザビームの速度の比にほぼ
等しくなるように選択されており、このブラツグ
セル中の音波のパルスは、ブラツグセルに加えた
入力若しくはビデオ信号流の移動像で記録媒体面
を追従することにより、像ぼけを最小とするよう
に記録媒体表面上に再投影される。
本発明の目的は、レーザ走査装置の効率及び解
像度を高める方法及び装置を提供することであ
る。
さらに、本発明の目的は、入力レーザに必要な
プリントパワー条件を実質的に軽減したレーザ走
査装置の効率及び解像度を高める方法及び装置を
提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、走査装置として
回転多面体を用い、かつ走査が完了する間変調レ
ーザビームを走査装置の１つの面に追従させ、さ
らに次の走査を行なうためにそのレーザビームを
隣接面に移動させるようレーザビームを偏向させ
るために作動光学素子を用いたレーザ走査装置の
光透過効率及び解像度を高める方法及び装置を提
供することである。
さらに、本発明の目的は、走査装置として回転
多面体を用い、かつ走査が完了する間変調レーザ
ビームを走査装置の１つの面に追従させ、さらに
次の走査を行なうためにそのレーザビームを隣接
面に移動させるよう変調レーザビームを偏向させ
るために音響光学変調器を用いたレーザ走査装置
の光透過効率及び解像度を高める方法及び装置を
提供することである。この音響光学変調器と記録
媒体との間の装置の倍率は、音響光学変調器中の
音波面の速度に対する走査レーザ書込みビームの
速度の比にほぼ等しくなるように選択されてお
り、それにより変調器の音波パルスが書込みレー
ザビームと同一の速度でしかもそれと反対の方向
に移動し、その記録媒体上に変換器に加えられた
ビデオ信号流れのイソモルフイツクマツピングを
像ぼけを生じることなく描くようにその音波パル
スを記録媒体表面上に再投影する。
要するに、本発明のレーザ走査装置は、前記特
許出願明細書に開示された作動面追従形とパルス
像形成形との最良の特徴を組合せて高い光出力効
率及び高い解像度を有するようにしたものであ
る。
本発明のより良い理解を得るとともに本発明の
他の目的及び特徴の理解を探めるために以下添付
図面を参照しながら説明する。
第１図を参照すると、本発明の改良した光学走
査装置の走査開始位置における部分概略図が図示
されている。前記概略図の光学部分は、走査線１
０の開始点における走査装置を示しており、この
走査線１０は、この走査装置で用いるレーザ束を
感知する媒体１４の表面に矢印１２の方向に延び
ている。この走査線１０は、媒体１４の表面上の
点１６から出発し、幅ｘ、すなわち点１６から点
１８まで延びているものと仮定する。図示するよ
うに、媒体１４は、電子写真ドラムであるのが好
ましく、この電子写真ドラムは、矢印１９の方向
に回転してＹ方向走査を行なう。光源２０は、走
査装置に利用する最初の光ビームを発生するもの
である。この光源２０は、ヘリウム・カドミウム
レーザ又はヘリウム・ネオンレーザが好ましい。
前記レーザは、例として掲げたものであり、単色
光の平行ビームを発生する任意の光源を用いても
よい。この単色光の平行ビームを発生するレーザ
は、後述する変調器制御装置に加えられるビデオ
信号等の電気入力信号に含まれる情報に従つて音
響光学変調器３０等の作動素子により容易に変調
されるものであつてもよい。ビーム４１を変調器
３０上に合焦させるためにレンズ２１が設けられ
ている。
第２図は、本発明に利用してもよい作動光学素
子を概略形で図示したものである。光学素子３０
は、音響光学ブラツグセルすなわち、より一般的
にいうと音響光学変調器（以下、変調器と称す
る）である。変調器３０は、音響光学物質３３に
接合した、リチウムノベイト（lithium nobahe）
等の電気的に駆動される圧電トランスデユーサ３
１がら成つており、この音響光学物質３３は、ガ
ラス、プラスチツク又は１つの二酸化テルリウム
（TeO2）結晶等の結晶体であつてもよい。このト
ランスデユーサは、電気駆動信号に応答して音波
を発生し、この音波は、音響光学物質を介して伝
播して屈折率を乱しかつその駆動周波数すなわち
音波周波数に等して格子間隔を有する位相格子と
して作用する。格子密度（光ビームの位相面を変
調する格子能力）は、トランスデユーサ３１に加
えた駆動信号の振幅に比例している。波面は、ビ
デオ信号特性により細分化され、ビデオ信号が
“１”と“０”との信号流から成る場合には、細
分化された波面の間の間隔は、ビデオ信号の
“１”時間も利用すすことができるがこの場合
“０”時間により決定される。
変調器には光ビーム４１が加えられる。トラン
スデユーサ３１に信号が加わらなければ、非回折
出力ビームだけが存在する。トランスデユーサに
信号を加えると２つの重要な出力ビーム、すなわ
ち第１次回折ビーム４２と零次非回折ビーム４３
とを発生する。本発明では、第１次ビームが出力
ビームとなり、一方零次ビームはビームストツパ
２６により吸収される。（所望ならば零次ビーム
を出力として利用してもよい。）出力ビームの強
度は、トランスデユーサに加える駆動信号の振幅
の関数である。
回折角を表わす角度θは、第１次ビームを零次
ビームとの間で与えられる。角度θは、駆動周波
数及び入射レーザ光の波長に正比例し、変調器３
０の音波パルスの比例速度Ｖに反比例する。従つ
て、この角度は、トランスデユーサ３１に加える
駆動信号の周波数を変えることにより変えること
ができる。本発明に用いてもよい変調器の例は、
米国特許第3938881号に開示されている。
再び第１図を参照すると、第１次ビーム４２
は、変調器から出力されて再平行化レンズ２２を
通過して接線方向（走査方向）にパワーを有する
円柱レンズ２３上に入射する。円柱レンズ２３
は、ビーム４２をビーム４４に拡大して光学素子
２４上に入射させ、この光学素子２４は、それに
付属した倍率レベルを有するものである。図示し
た実施例では、光学素子２４は、２つの素子、す
なわち両凹レンズ素子４６とその素子に接着した
第２凸レンズ４７とから成つている。光学素子２
４は、後述するようにして変調器３０内の音響パ
ルスの像を記録媒体１４の表面上に形成するよう
構成されている。図示していないけれども、１つ
のレンズ素子から成つてもよい光学素子２４の倍
率M1は、光学拡大技術分野に周知の方法で所定
範囲内にわたつて可変となるように選択されても
よい。レンズ素子２３及び２４並びにその間の距
離は、レンズ２４から出力されたビーム部分４９
が、回転多面体２７の面上に直接入射し、その後
記録媒体１４の表面に近接した走査線として合焦
される。面２８は、図示するようにその幅全体に
わたりビーム２８により十分に照射されることが
好ましいがビーム４８を面２８上の小さなスポツ
トに圧縮してもよい。
多面体２７の回転軸は、光ビーム４２が伝播す
る平面に対して直角若しくはほぼ直角である。多
面体２７の面は、該面に当つた照射光を反射する
ために鏡面化された面である。多面体２７は、矢
印２９に示す方向に回転するので、光ビーム４９
は、照射面２８で反射されてフライングスポツト
走査の走査角だけ回転して転移される。詳細に後
述するように、面２８（及びその後各面）は、各
走査線１０の走査の間完全に追従される。
面２８で反射されたビーム部分４９は、（走査
方向と直角な）サジタル方向だけにパワーを有す
る円柱レンズ２５を通過し、図示するように媒体
１４の表面上の点１６に合焦される。
制御回路５０は、変調器３０に駆動信号を与え
るものである。この制御回路は、線形ランプ発生
器５４から成つており、この線形ランプ発生器５
４は、電圧制御発振器５３に信号を与えるもので
ある。発振器の出力信号の振幅は一定であつて、
その周波数は混合器５２の１入力に加えられた電
圧レベルに依存する。混合器５２の他の入力には
電気ビデオ信号が加えられる。混合器の出力は、
増幅器５１により増幅されて１つの駆動信号とし
てトランスデユーサ３１に加えられる。
以下、第１図及び第４図を参照して本発明の動
作について述べる。面追従を行なうために、音波
の搬送周波数は、記録媒体の表面における走査動
作と時間的に同期して変化しなければならない。
走査終端検出器５６は、任意の型式の光電検出器
であつてもよく、光ビーム４９が点１８、すなわ
ち走査終端にあるとき出力パルス（第４ａ図）を
発生するものである。この出力パルスは、走査終
端装置５５により感知されてランプ発生器５４を
オンにする。この走査終端装置５５は、従来のス
イツチング装置のいずれかであつてもよい。本質
的には、走査終端検出器５６は、変調器駆動電子
装置をトリガして上記の必要な同期を得るために
用いられている。ランプ発生器がオンにされる
と、次の走査終端が検出されるまで直線ランプ増
大電圧を発生する。次の走査終端が検出される
と、ランプ発生器からの出力が零になり新しい直
線ランプが発生される。２回の走査の間にランプ
発生器５４により発生された波形を第４ｂ図に示
す。走査終端検出器の作動開始とそれに伴なう走
査終端装置の作動開始とが変調器駆動電子装置５
０をトリガして装置の同期を与えるために利用さ
れてもよいことは任意されたい。この場合、直線
ランプの存続時間は、１回の走査に要する時間に
依存する。換言すれば、ランプ繰返し速度は、記
録媒体における走査線速度と同一である。ランプ
信号は、次の走査信号の開始が検出される前に零
に戻るようになつている。これにより、レーザビ
ームが正しい面上にあることを確認する。
ランプ発生器の出力は電圧制御発振器５３に加
えられる。この発振器は、振幅が一定で周波数
（音波の搬送周波数）がランプ発生器から加えら
れた電圧レベルに依存する。電圧制御発振器の出
力は、第４図のｃの波形で示されている。制御回
路５０に加えられる電気ビデオ信号流を示す波形
を第４図のｄに示す。このビデオ信号流は、混合
器５２内において電圧制御発振器からの音波搬送
波を振幅変調する。混合器５２の出力を第４図の
ｅに示す。この信号（被変調搬送波）は、増幅器
５１により増幅して駆動信号として変調器トラン
スデユーサに加えられる。
駆動信号（第４図のｅ）は、電気ビデオ信号に
含まれた情報に従つて第１次ビームの強度を変え
る振幅成分を含む。さらに、駆動信号に含まれた
可変周波数の情報により、回折角がその周波数に
比例して変化する。
走査線１０の種々の点における回折角の変化を
第５図に示す。第５ａ図は、走査の始端を示し、
第５ｂ図は、走査の中央部を示す、第５ｃ図は、
走査の終端を示す。明らかに、回折角は走査の始
端から終端にかけて大きくなる。これは、前述し
たように回折角がトランスデユーサに加えられる
駆動信号の周波数に比例するから予想通りであ
る。多面体２７が時計回りの方向に回転するよう
にこの装置を構成することもできる。この場合に
は、周波数の掃引が高い値から低い値まで変化す
るように構成されている。
明らかに、出力駆動信号は、第１次ビームを偏
向する周波数変調と第１次ビームを変調する振幅
変調とを組合わせたものである。ランプ発生器の
出力は、電圧制御発振器の周波数出力が電気ビデ
オ信号と混合されたとき駆動信号を発生するよう
に選択されており、この駆動信号により、走査中
の鏡面化された面２８の回転及び転移の間にその
面２８を第１次ビームが追従する。したがつて、
本質的には、搬送信号の周波数変調により、多面
体における光ビームの位置が時間とともに移動し
多面体の面の運動に追従する。走査終端では、走
査スポツトが感光体の縁部に近づくと、搬送周波
数は初期値に戻るようにされ、多面体における光
ビームの位置が次の走査線を開始する準備として
次の隣接面へ移動する。搬送信号の周波数変調に
より、感光体の光ビームスポツトの位置に無視で
きない変化が生じる。というのは、光ビームスポ
ツトは変調器から感光体上に像形成されるからで
ある。この光ビームは、変調器の中心部のまわり
に効果的に“枢動”する。搬送波の振幅変調によ
りビデオ信号流れに応答して光がオンになつたり
オフになつたりする。これを多面体により行なわ
れる走査と組合わせることにより、ビデオ信号の
複製である露光形状を感光体上に形成する。
制御回路６５に供給された電気ビデオ信号に含
まれた情報に従つて光ビーム４１を変調する音響
光学変調器６０を用いた別の実施例を利用しても
よい。この制御回路では、固定周波数発振器６６
が振幅が一定でかつ周波数が一定の出力（第４図
のｆ）を発生し、この出力は混合器６７において
電気ビデオ信号（第４図のｄ）と混合される。こ
の混合器の出力は、増幅器６８により増幅されて
トランスデユーサ６１の駆動信号（第４図のｇ）
として用いられる。変調器３０の出力ビームは、
零次ビーム又は第１次ビームのいずれであつても
よい。というのは、いずれのビームの強度も、ト
ランスデユーサ６１に加えられた駆動信号の振幅
の関数であるからである。
変調器６０の出力ビームは、焦点合わせレンズ
３６を介してブラツグセル３０に加えられる。制
御回路７０の動作は、電圧制御発振器５３の出力
が電気ビデオ信号と混合されずに増幅器５１を介
してトランスデユーサ３１の駆動信号として直接
加えられる点を除けば制御回路５０の動作と同じ
であ。電圧制御発振器の出力（第４図のｃ）は、
前述のように振幅が一定でかつ周波数がランプ発
生器により加えられた電圧レベルに依存する信号
である。駆動信号の振幅は一定であるので第１次
出力ビームの強度は一定である。回折角は、第１
図について前述したのと同様に変化する。ランプ
発生器の出力は、電圧制御発振器の周波数出力に
より、走査中に面２８が回転して転移するときに
第１次ビームが面２８に追従するように選択され
る。
さらに、本発明が開示するものによれば、面追
従に用いる音響光学変調器３０（第１図及び第２
図の実施例）は、パルス像形成のためにも必要と
される。さらに、光学素子２２，２３及び２４
は、変調器３０の対象物を記録媒体１４の表面上
に像形成するように構成されている。パルス像形
成のための音響光学変調器（第１図及び第２図の
実施例）は、所定の方法で配向されなければなら
ない。特に、変調器３０は、音波領域が走査方向
平面（又はその平面に光学的に等価な平面）に平
行な平面内を移動するように配向されている。変
調器３０はまた、感光体１４上に投影される音波
領域の像が、回転多面体ミラー２７により行なわ
れる走査運動の方向に平行でない（反対の）方向
に移動するように配向されている。さらに、走査
方向１２に沿つた記録媒体１４と変調器３０との
間の光学系の倍率は、比：Vscan／Vsoundに等
しいか若しくはそれに近い値となるように選択さ
れる。ここでVscanは記録媒体１４の面を横切る
レーザビーム走査（多面体の回転による走査）の
走査速度であり、Vsoundは、変調器３０の内部
の音の速度である。倍率がこの値又はこの値に近
くなつたときに最適な解像度が得られるが、技術
的には、解像度が低下するにもかかわらず他の倍
率を得ることはできる。
前述の本発明の主要な説明により、面追従方式
及びパルス像形成方式の両方の概念を別個に実行
するのに必要な素子に最小の変化を与えることに
より両方の概念を組合せつつ、各概念の最良の特
徴を利用した最適な装置を提供できることは理解
されるであろう。
以下、本発明のパルス像形成の点について詳述
する。
第６図は、本発明の独自の特徴を簡単に示した
ものである。特に、入力レーザビーム４１は、ブ
ラツグセル３０上に焦点合わせされ、ビデオ情報
は、前述のように移動波ブラツグセルを駆動する
ｒ−ｆ搬送波に印加される。当業界に周知のよう
に、音波の位相格子に対応して変調器３０内で音
波パルス１００，１０２，１０４及び１０６が形
成され、その波面の間隔は、入力信号に比例す
る。この入力信号は、デジタル走査入力、アナロ
グビデオ信号若しくは、コンピユータ等のデータ
源からの信号であつてもよい。バイナリ信号の場
合には、波面ａ，ｂ，ｃ………の間の間隔は、第
７図のａに示すように“Ｏ”入力信号の時間に比
例しており、この場合にはレーザ感知媒体上には
像が形成されない。実際は、ビデオ情報（ビデオ
パルス１００′，１０２′………は音波パルス１０
０，１０２………に対応する）は、データ、ビデ
オ、若しくは被変調RF搬送波信号により形成さ
れた音波位相格子の符号化セグメントに変形され
る。変調器３０は、（図示していない折りたたみ
ミラー等）の他の光学素子に対して配向されて、
音波領域が記録媒体面に対して適当な方向に移動
する。第１図及び第２図の実施例では、音波領域
は、走査方向（又はその方向と光学的に等価な方
向）に対して逆平行な矢印１３の方向に移動す
る。換言すれば、音波領域は、書込みレーザビー
ムが記録媒体上を移動させられる方向と逆平行に
移動する。図示した場合には、侵入したビデオビ
ーム４１は、音波の速度を表わす矢印V1により
示された音の伝播方向に音波位相格子の２つの符
号化セグメントすなわちビツト（１０２及び１０
４）を含むのに十分な幅を有している。しかしな
がら、それよりも多い若しくは少ない符号化セグ
メントを照射してもよい。照射される符号化セグ
メントが多ければ多いほど、記録されるデータの
解像度はよくなる。照射される符号化セグメント
は１つないし２つが好ましい。符号化セグメント
１０２及び１０４は、入射レーザビーム４１をそ
れぞれ別個の光ビーム１１０及び１１２に変形
し、それらの変形ビームは変調器３０内の位相格
子速度で移動する。光学素子２４は、該素子に偏
向されたビーム１１０及び１１２が入射してそれ
らがそれぞれパルス１２０及び１２２として記録
媒体１４０の表面上に像形成されるように、音響
光学変調器３０に対して位置決めされている。
第６図に示す素子１４０は、入射レーザ束に感
知する媒体の表面を表わし、たとえば電子写真ド
ラム等の電子写真部材を表わすものであつてもよ
い。この場合には、走査レーザビームが入射する
領域における記録媒体１４０の速度は、走査方向
（第１図の参照番号１２で示す方向）に対しては
実質的に零である。
第７ｂ図は、本発明のパルス像形成の点を示し
ており、電子写真ドラム１４上に形成された走査
線１０の一部を示したものであつてこの走査線１
０上にビーム４９が像形成される。音波の波面が
レーザビームと相互に作用する場合には、面１４
０におけるビーム４９は、符号化光パルス１２０
及び１２２から成り、１次光にはいくらか像ぼけ
が生じるので変調器３０の個々の波面は分解され
ない。パルス１２０と１２２との間の間隔ｄは、
音波パルス１０２と１０４との間の間隔に比例
し、この音波パルスの間隔は、変調器３０内の音
波の速度とマーキングビデオパルスの時間間隔と
の積に等しい。サジタル方向におけるパルス１２
０及び１２２の幅は、音響光媒体に形成された音
のシート（sheet）と相互に作用するレーザビー
ムの形状及びサジタル方向における光学素子２４
とレンズ素子２２及び２５の倍率により決まる。
光学素子２４により与えられた倍率で測定した音
のシート１５１、レーザビームの形状すなわち包
絡形状１５３及び音波パルス１２０及び１２２の
幅を第７ｂ図に示す。ビーム５０は、電子写真媒
体１０を走査線１２の方向に速度V3で走査する
ようにされ、その方向へのドラムの速度は実質的
に零であるので、パルス１２０及び１２２が速度
V4で反対方向（参照番号１３）に移動し、像情
報をドラム上に形成しているときに像ぶれを最小
とするためにドラムに形成された像が静止、すな
わち固定されなければならない。この点につい
て、変調器３０は、媒体１４の表面上に投影され
る音波領域（パルス）の像が、回転多面体ミラー
２７により導かれた走査運動と逆平行な方向１３
に移動するよう配向されている。図示していない
けれども、レーザビーム４９が電子写真ドラム１
４の表面を横切つて走査し続けると、各走査線上
に複写すべき情報が形成されるのに同期した付加
的な音波パルスが電子写真ドラム１４の表面上に
像形成されるだろう。付加的な走査線は、周知の
走査技術を用いて複写すべきビデオ情報に従つて
形成される。
第７ｂ図は、ビデオパルスの幅が比較的短く
（すなわち10nsec）、その光パルスすなわちセグ
メント１２０及び１２２は、レーザビームの包囲
体１５３の中に形成される。ビデオパルス幅が大
きく、対応する光パルスセグメントの幅が包囲体
１５３よりも大きい場合にも、生じた露光時間の
ために完成時には、マーキングサイクルは、同じ
露光すなわちマークを与えるだろうから本発明の
音響光学パルス像形成装置は、所望の結果を与え
る。光パルス１２０及び１２２は、特定の瞬間的
な時間において示されたものであり、音波パルス
として発生される付加的な光パルスは、媒体３０
内で発生される。
第６図を参照すると、符号化セグメント１０２
及び１０４は、それぞれ対応する光パルス１２０
及び１２２を発生し、その音響光学パルス像の間
の間隔は、細分化された符号化パルス１０２及び
１０４の間の間隔に対応する。要するに、変調器
３０からの光出力は、時間のセグメントでなく空
間的なセグメントに分解される。
音波パルス１０２及び１０４の領域において生
じる音響光学相互作用により、入力光が回折さ
れ、図示した実施例では、非回折光すなわち零次
光は、零次ストツパ部材２６により吸収される。
第１次回折光は、移動音波格子により回折されて
光学素子２４に進み、この光学素子がそれぞれそ
の光ビーム１１０及び１１２を光パルス１２０及
び１２２として媒体１４０上に投影する。
図示した記録媒体は、第１図に示すような電子
写真媒体であり、走査方向は、その電子写真ドラ
ムの回転方向に対して直角である。媒体３０内に
おける音波パルスの速度をV1とし、たとえば走
査終端検出器５６と走査始端検出器（図示せず）
とを利用することにより測定できるようなレーザ
走査ビームの走査方向における相対速度（ドラム
の回転方向における速度効果は、無視できる）を
V3とした場合、−MV1＝V3となるように音響光学
変調器３０と感光体表面との間における系の倍率
Ｍを選択すれば、音波パルス１０２及び１０４の
像１２０及び１２２は、反対方向における走査ビ
ームの速度に従い、（感光体に対する像形成され
た音波パルス１２０及び１２２の相対速度は、ほ
ぼ零である）それにより、媒体の走査方向におけ
る速度がほぼ零となるので像ぶれを最小にしなが
ら記録媒体の表面にビデオ信号の異種同形の像を
描くことができる。前記関係式の前の−の符号、
第７図のｂに例示するように適当なシーケンスで
走査方向と反対の方向にパルスが移動するよう
に、音響光学変調器３０と記録媒体表面との間の
光学素子を選択しなければならないことを示して
いる。実際の装置では、光学素子２４以外の光学
素子がそれぞれ系の倍率に寄与してもよいことは
注目されたい。
本発明の装置は、装置の光学系の倍率がパルス
１２０及び１２２を記録媒体表面上に固定させる
ために適当な値を有するように設計されている。
装置を製造した後、この装置の光学系の倍率が適
当な値を有することを特徴とすることは、レンズ
の倍率を調整しながら記録された像のコントラス
ト比を測定することにより可能である。前記関係
式を例示するために、TeO2音響光学変調器に対
して印加音波速度V1を約4.25×103cm/secと計算
してもよい。この場合、走査ビーム速度が2500
cm/secの場合には、変調器３０と記録媒体表面と
の間の系の倍率は、 −Ｍ＝Ｖ３／Ｖ１＝２５００cm／ｓｅｃ／４．２５×１
０５cm／ｓｅｃ＝１／１７０．４ となる。したがつて、パルス像１２０及び１２２
の記録媒体表面上における速度は、約2500cm/sec
である。V3／V1＝−Ｍの場合には、装置の性能
が最大となることが決定された。しかしながら、
その倍率Ｍがその比に正確に調節できず、その値
から10％以内にある場合でさえも、光学データ記
録装置の解像特性は、無補償装置に比べて改善さ
れるだろう。
単位時間における長さの変化である像速度ベク
トルは、倍率Ｍにより直線的に増減させることが
できる。さらに、光学装置の倍率は、サジタル方
向（走査方向に直角な方向）及び接線方向（走査
方向に平行な方向）において異なつてもよい。像
ぼけの影響は、走査方向において極めて明瞭であ
るので、走査方向については、前述のような倍率
関係が存在する。
前述したように、高密度データビツトの流れを
記録媒体上に書込む場合にはいつでも像ぶれ問題
が起こり得る。光データを記録する場合には、変
調器３０の実際上達成可能な立上り時間及び立下
り時間は、所望の大きさの孔（ビツト）を発生さ
せるのに必要な短いパルスを発生するほど短くな
いことがあり、書込みビームが記録媒体１４の表
面上を横切つて移動することにより書込みスポツ
トの像ぼけに大きな損失が生じて記録されたデー
タに像ぼけが現われる。従来の装置に必要とされ
るように、像ぼけを最小とするために極めて短い
レーザパルス幅（すなわち短いデユーテイサイク
ル、デユーテイサイクルは、繰返し幅に対するレ
ーザパルス幅の比として定義される。）を与えな
ければならない場合の別の不利な点、記録媒体表
面に結合されるエネルギーに結合されるエネルギ
ー量は減少され、それにより装置全体の価格を上
げるような出力パワーの高いレーザを設ける必要
が生じることである。さらに、連続波レーザを利
用した従来の装置では、そのレーザビームは、レ
ーザの小さな部分に対して時間通りに得られるか
ら効率が悪い。
本発明によれば、前述したように変調器３０と
記録媒体１４の表面との間の光路中に光学素子２
４を用いることにより、移動像ぼけが除去又は最
小にされる。
本発明のパルス像形成方式の概念によれば、記
録媒体表面に必要なビデオ信号情報は、音響光学
変調器内にすでに存在することが認識された。特
に、音響光学ブラツグセルの通常の感度は、光ビ
ームのパワーを時間的に単独で変調する装置の感
度である。この音響光学ブラツグセルはまた光ビ
ームの空間的な形状も変調する。この空間的な変
調は、光ビーム形状と移動する音波ビデオ信号流
れとの重なりにより定められる。（要するに、変
調器内部の音のエネルギーの束が、光ビームを通
過させる一連の“窓”を構成し、レーザ光形状の
種々のセグメントを連続露光する。）次に、この
変調された光形状が適当な光学素子を介して記録
表面上に像形成され、光の移動セグメントがレー
ザビーム走査の場合と同一の速度で反対方向に記
録媒体１４の表面上を横切つて移動する。この音
響ビデオ信号流は、必要な大きさを有さないが、
他のすべての点において所望のビデオ像の忠実な
複写物である。この大きさは、音響光学変調器と
記録媒体表面との間に挾まれた光学素子により与
えられた適当な倍率で音響パルスを記録表面上に
像形成することにより修正される。
第８図は、第１図及び第２図に示した電子写真
ドラム上に形成された像の現像を詳細に示したも
のである。特に、記録媒体１０は、電子写真ドラ
ムであり、この電子写真ドラムは、コロナ放電装
置８０により示されたコロナステーシヨン、回転
多面体２７からのビームがドラム１４上の走査幅
Ｘを横切る露光ステーシヨン８２、カスケード現
像密閉装置により示された現像ステーシヨン８４
及び転写ステーシヨン８６を通過して回転する。
転写ステーシヨン８６では、ウエブ状コピー紙が
ドラム１４と接触しながら通過して静電的放電を
受け、現像された像をドラム１４からコピー紙に
転写する。このコピー紙は、供給リール８８から
供給され、ガイドローラ９０の回りを通過し、駆
動ローラ９２を介して収容ピン９４内に収容され
る。
走査スポツトの情報内容は、走査幅Ｘ内の走査
スポツトの位置に対してそれぞれ変調された光強
度すなわち異なる光強度により表わされる点につ
いて利用可能な像が形成される。この走査スポツ
トが所定の走査角度で帯電表面８２上を横切る
と、そのスポツトが、その光度に応じて静電荷を
放電させる。このようにして形成された静電荷パ
ターンは現像ステーシヨン８４において現像さ
れ、さらに最終コピー紙に転写される。電子写真
ドラム１４は、回転ブラシ９８等の何かの清掃装
置により清掃され、その後、帯電装置８０により
再帯電される。このようにして、走査スポツトの
情報内容は、前述の光デイスク等に内蔵された情
報を利用するために用いられる。この回転多面体
２７は、最初のビデオ情報を得るために用いられ
る走査速度を表わす同期信号と同期してモータに
より連続駆動される。電子写真ドラム１４の回転
速度は、走査線の間隔を決定する。像の線形性を
維持するために何らかの方法でドラム１４を信号
源と同期させることも好ましい。
従来の走査装置よりも優れている、面追従とパ
ルス像形成走査を組合わせて利用する場合の他の
重大な利点は、最大の解像度を得るための制限ア
パーチヤの適正な照射に関係する。標準的な走査
装置の設計理論によれば、解像力は、走査装置の
“インパルス応答”によるビデオ信号流の回旋に
より支配される。この“インパルス応答”は、走
査スポツト（第１図の１６）の強度の空間的形状
である。このスポツトの密度が最大の場合に、最
適な解像度が得られる。制限アパーチヤ（第１図
の面２８）が一様照射された場合に、走査スポツ
トの密度が最大となるだろう。
レーザビーム形状は、一様でなく、通常ガウス
分布をしているので、たとえば前記米国特許第
3922485号明細書に示されたようにレーザ光で制
限アパーチヤ全体を照射することによつてのみ、
制限アパーチヤの一様照射に近づくことができ
る。しかしながら、光エネルギーの一部のみ、通
常50％以下、が走査装置の制限アパーチヤ内に当
たる。したがつて、走査器の光透過効率は50％よ
りもよくなることはない。
これと対比して、本発明のパルス像形成走査装
置では、制限アパーチヤに入射する光ビームがこ
のアパーチヤの一部のみに当たる場合、すなわち
不十分照射状態の場合に解像度が最大となる。こ
の形状は、本来制限アパーチヤにおいて高い光補
獲率を有し、したがつて光出力効率が極めて大き
い。特に、ビデオ信号の急速な変動により光強度
の形状の幅が大きくなるような移動像ぼけのため
に解像度が低下するようなことはない。
移動像ぼけのために、制限アパーチヤは、ビデ
オ信号が静止している場合には不十分照射され、
ビデオ信号が急速に変動する場合には十分照射さ
れる。これにより、光捕獲と解像度との間に極め
て好ましいトレードオフ（tradeoff）が生じる。
特に、パルス像形成走査装置の解像度は、静止
（変調器に印加された安定状態のビデオ信号）光
形状と制限アパーチヤとの間の相対的な大きさに
より支配される。請止光がそのアパーチヤを全面
照射する場合（光出力効率が低い形状の場合）に
は、解像度は、従来の走査装置と等しくなるだろ
う。反対に、静止形状がアパーチヤの一部に当た
る場合には、解像度は極めて高くなる。従つてこ
のパルス像形成走査装置は、解像度が、従来の走
査装置に比べて一段と改良され、かつその光出力
効率が、高動作範囲において少なくとも従来の走
査装置に等しくなるようなビデオ信号動作周波数
の範囲を与える。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の光学走査装置の好ましい実
施例の走査開始位置における部分概略図である。
第２図は、本発明の光学走査装置の付加的な実施
例の走査開始位置における部分概略図である。第
３図は、本発明に利用する作動光学素子の概略図
である。第４図は、本発明の動作の説明のために
用いた波形図である。第５ａ図ないし第５ｃ図
は、本発明の面追従動作の説明のために用いた部
分概略図である。第６図は、入力レーザビームに
より照射されて光学データ記録面上に像形成され
た２つの音波パルスの簡単な概略図である。第７
Ａ図及び第７Ｂ図は、音波パルスとして変形され
たビデオパルスの記録媒体の表面上における像の
図を示している。第８図は、レーザ感知媒体上に
像形成するために用いる本発明の走査装置の一部
を示す図である。 １４……レーザ感知媒体、２０……光源、２
１，２２，２３……レンズ、２４……光学素子、
２６……ビームストツパ、２７……回転多面体
鏡、２８……鏡面、３０……音響光学変調器、５
０……制御回路、５１……RF増幅器、５２……
RF混合器、５３……電圧制御発振器、５４……
ランプ発生器、５５……走査終端装置、６０……
音響光学変調器、６５……制御回路、６６……固
定周波数発振器、６７……RF混合器、６８……
RF増幅器、７０……制御回路、８０……コロナ
放電装置、８２……露光ステーシヨン、８４……
現像ステーシヨン、８６……転写ステーシヨン、
８８……供給リール、９０……案内ローラ、９２
……駆動ローラ、９４……収容ビン、９６……定
着装置、１００……モータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 電気信号から走査媒体上に情報を記録するフ
    ライングスポツト走査装置において、 放射エネルギービームを発生する手段と、 走査の始端又は終端を表わす信号を発生する手
    段と、 所定の音波伝播速度を与える音波透過媒体に結
    合されたトランスデユーサで成つており、印加さ
    れた駆動信号の情報内容に応じて前記ビームを変
    調及び偏向させる、ブラツク回折により光と音波
    との相互作用を起こさせる媒体と、 前記変調及び偏向されたビームを走査媒体の表
    面上のスポツトに合焦させる第１光学手段と、 前記変調及び偏向されたビームの光路中に配置
    された少なくとも１つの反射面を有し、その反射
    面を所望の角度だけ回転させることにより前記走
    査媒体を横切つて前記スポツトを走査して前記ス
    ポツトの情報内容を前記走査媒体に与えるように
    なつた走査手段と、 走査始端信号又は走査終端信号と前記電気信号
    に応答して駆動信号を発生し、該駆動信号が前記
    走査時において前記反射面の回転及び転移につれ
    て前記ビームを前記反射面に追従させ、またその
    駆動信号が前記トランスデユーサに結合されて強
    度変調された音波を前記相互作用誘起媒体中に所
    定速度で伝播させ、前記放射エネルギービーム
    は、前記媒体に対して横方向に投射されて前記電
    気信号に対応する情報の前記所定速度で移動する
    移動像を前記相互作用誘起媒体中に発生させるよ
    うになつた手段と、 前記第１光学手段を含み、前記強度変調ビーム
    の光路中に狭まれかつ前記第１光学手段と協働し
    て倍率Ｍを与える第２光学手段とから成つてお
    り、前記移動像は、該移動像の速度が前記走査ス
    ポツトの速度とほぼ同じでかつその方向が反対で
    あるように前記走査媒体上に投射されることを特
    徴とする装置。 ２ 前記走査媒体は、回転式電子写真部材から成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    装置。 ３ 前記相互作用誘起媒体と前記走査媒体との間
    の光学系の倍率をＭとし、前記走査媒体の表面を
    横切つて走査するビームスポツトの速度をV3と
    しかつ前記所定速度をV1とした場合、Ｍがほぼ
    V3／V1に等しくなるように倍率Ｍが選択された
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装
    置。 ４ 前記ビーム発生手段は、レーザから成ること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 前記駆動信号発生手段は、振幅が一定でかつ
    周波数が入力に加えられた電圧に依存する出力信
    号を発生する第１手段と、走査始端信号又は走査
    終端信号に応答して走査時に前記反射面によつて
    移動した距離に比例する前記入力電圧を発生する
    手段と、前記電気信号と前記出力信号とを処理し
    て前記駆動信号を発生する手段とから成つている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
    置。 ６ 前記走査手段は、入射する放射エネルギーを
    前記走査媒体上へ反射する反射面を有する多面体
    鏡と、その反射光が前記媒体を横切つて連続的に
    追跡して走査されるように前記多面体鏡を回転さ
    せる手段とから成ることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の装置。 ７ 前記ビームの変調及び偏向は、同時に行なわ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の装置。 ８ 前記ビームは、前記反射面の各領域を追従す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    装置。 ９ 前記電圧入力は、１トレースを走査するのに
    必要な時間にほぼ相当する長さを有する直線ラン
    プから成ることを特徴とする特許請求の範囲第５
    項記載の装置。 １０ 電気信号から走査媒体上に情報を記録する
    フライングスポツト走査装置において、 放射エネルギービームを発生する手段と、 走査の始端又は終端を表わす信号を発生する手
    段と、 所定の音波伝播速度を与える音波透過媒体に結
    合されたトランスデユーサで成つており、印加さ
    れた前記電気信号の情報内容に応じて前記ビーム
    を変調させる、ブラツク回析により光と音波との
    相互作用を誘起させる媒体と、 前記変調されたビームを受光するよう位置決め
    され、該ビームを印加された第１電気信号に応じ
    て偏向させる偏向手段と、 前記変調及び偏向されたビームを走査媒体の表
    面上のスポツトに合焦させる第１光学手段と、 前記変調及び偏向されたビームの光路中に配置
    された少なくとも１つの反射面を有し、その反射
    面を所望の角度だけ回転させることにより前記走
    査媒体を横切つて前記スポツトを走査して前記ス
    ポツトの情報内容を前記走査媒体に与えるように
    なつた走査手段と、 走査始端信号又は走査終端信号に応答して前記
    第１電気信号を発生し、該第１電気信号が前記走
    査時において前記反射面の回転及び転移につれて
    前記ビームを前記反射面に追従させ、また前記電
    気信号が前記トランスデユーサに結合されて強度
    変調された音波を前記相互作用誘起媒体中に所定
    速度で伝播させ、前記ビームは、相互作用誘起媒
    体に対して横方向に投射されて前記電気信号に対
    応する情報の前記所定速度で移動する移動像を前
    記相互作用誘起媒体中に発生させるようになつた
    手段と、 前記第１光学手段を含み、前記強度変調ビーム
    と前記偏向ビームとの間の光路内に狭まれかつ前
    記第１光学手段と協働して倍率Ｍを有する第２光
    学手段とから成つており、前記移動像は、該移動
    像の速度が、前記走査スポツトの速度とほぼ同じ
    でかつその方向が反対であるように前記走査媒体
    上に投射されることを特徴とする装置。 １１ 前記走査媒体は、回転式電子写真部材から
    成ることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記
    載の装置。 １２ 前記相互作用誘起媒体と前記走査媒体との
    間の光学系の倍率をＭとし、前記走査媒体の表面
    を横切つて走査するビームスポツトの速度をV3
    としかつ前記所定速度をV1とした場合、Ｍがほ
    ぼV3／V1に等しくなるように倍率Ｍが選択され
    たことを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載
    の装置。 １３ 前記ビーム発生手段は、レーザから成るこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の装
    置。 １４ 前記第１電気信号を発生する手段は、振幅
    が一定でかつ周波数が入力に加えられた電圧に依
    存する出力信号を発生する第１手段と、走査始端
    信号又は走査終端信号に応答して走査時に前記反
    射面によつて移動した距離に比例する前記入力電
    圧を発生する手段とから成ることを特徴とする特
    許請求の範囲第１０項記載の装置。 １５ 前記走査手段は、入射する放射エネルギー
    を前記走査媒体上へ反射する反射面を有する多面
    体鏡と、その反射光が前記走査媒体を横切つて連
    続的に追従して走査されるように前記多面体鏡を
    回転させる手段とから成ることを特徴とする特許
    請求の範囲第１０項記載の装置。 １６ 前記ビームは、前記反射面の各領域に追従
    することを特徴とする特許請求の範囲第１０項記
    載の装置。 １７ 前記第１電気信号は、１トレースを走査す
    るのに必要な時間にほぼ相当する長さを有する直
    線ランプから成ることを特徴とする特許請求の範
    囲第１０項記載の装置。
JP8201179A 1978-07-05 1979-06-28 Flying spot scanning device Granted JPS5536893A (en)

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