DE69025522T2

DE69025522T2 - Laserstrahl-Ablenkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69025522T2
Application number: DE69025522T
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Nakane; Sakuya Tamada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2010-09-14
Also published as: US5086341A; EP0418084A2; JPH03100628A; EP0418084A3; EP0418084B1; DE69025522D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahl-Ablenkvorrichtung.
Es ist eine Laserabtastvorrichtung bekannt, die durch eine in einem zweidimensionalen Raster in horizontaler und vertikaler Richtung verlaufende Abtastbewegung eines intensitätsmodulierten Laserstrahls beispielsweise ein Fernsehbild wiedergibt.
Es wurde bereits vorgeschlagen, diese Laserabtastvorrichtung mit einem mechanischen Laserstrahlabtastsystem mit einem drehbaren polygonalen Spiegel für die horizontale Abtastung auszustatten. Das mechanische Laserstrahlabtastsystem mit drehbarem polygonalem Spiegel hat jedoch die folgenden unvermeidlichen Nachteile:
(i) durch Wirbelerscheinungen des Motors, der den drehbaren polygonalen Spiegel dreht, treten Vibrationen auf;
(ii) der durch die Rotationsbewegung des drehbaren polygonalen Spiegels emittierte Schall erzeugt Geräusche;
(iii) die Haltbarkeit der Lagerung des drehbaren polygonalen Spiegels stellt ein Problem dar;
(iv) ein schnelles Starten des mechanischen Laserstrahlabtastsystems ist nicht möglich, da der Motor für den Drehantrieb seine Drehbewegung nicht unverzüglich beginnen kann, und
(v) da die Rotation des Antriebsmotors für die Drehbewegung nicht präzise stabilisiert ist, tritt in dem angezeigten Bild Jitter auf.
Fig. 1 der anliegenden Zeichnungen zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine bereits früher vorgeschlagene Laseranzeigevorrichtung mit Raste rabtastung, bei der sowohl für die horizontale als auch für die vertikale Abtastung akustooptische Ablenkvorrichtungen verwendet werden. Diese Vorrichtung ist beschrieben in "Raster-Scanned Laser Display System Using Two-Dimensional Te O2 Acoustooptic Light Deflector", A. Fukumoto et al., Deuski Tsunshin Gakukdi Ronbushi, 75/4, Band 58-c, No. 4, Seiten 209-216.
Bei der Anordnung von Fig. 1 wird ein von einer Laserlichtstrahlquelle 1 ausgesendeter Laserstrahl mit Hilfe einer Laserstrahl-Fokussierungslinse 2 in einem kleinen Punkt zur Konvergenz gebracht und einem akustooptischen Lichtintensitätsmodulator 3 bekannter Art zugeführt. Der Modulator 3 ändert die Intensität einer an einem akustooptischen Medium anliegenden Ultraschallwelle und ändert dadurch die Effizienz, mit der ein Laserstrahl von der Ultraschallwelle abgelenkt wird, so daß die Lichtintensität des abgelenkten Laserstrahls moduliert wird.
Dem akustooptischen Lichtintensitätsmodulator 3 wird ein (nicht dargestelltes) Videosignal zugeführt, so daß der Laserstrahl nach Maßgabe des Videosignals intensitätsmoduliert wird. Der von dem Modulator 3 abgegebene intensitätsmodulierte Laserstrahl wird einer Kollimatorlinse 4 zugeführt, in der er parallel ausgerichtet wird, so daß ein Laserstrahl mit einem vorbestimmten Durchmesser entsteht. Dieser Laserstrahl wird dann einer akustooptischen Ablenkvorrichtung 5 für die horizontale Abtastung zugeführt.
Die akustooptische Ablenkvorrichtung 5 besteht aus einem akustooptischen Medium 5a und einem Ultraschallwellengenerator 5b, der auf einer Fläche des akustooptischen Mediums 5a befestigt ist. Der Ultraschallwellengenerator 5b nutzt den piezoelektrischen Effekt aus. Wenn ein Hochfrequenzgenerator 5c eine Spannung an den Ultraschallgenerator 5b anlegt, wird in dem akustooptischen Medium 5a eine fortschreitende Ultraschallwelle erzeugt. Wenn die Schwingungsfrequenz des Hochfrequenzoszillators 5c niedrig ist, erzeugt das akustooptische Medium 5a eine fortschreitende Welle mit großer Wellenlänge. Wenn die Schwingungsfrequenz des Hochfrequenzoszillators 5c hingegen hoch ist, erzeugt das akustooptische Medium 5a eine fortschreitende Welle mit kurzer Wellenlänge.
Der Laserstrahl, der der akustooptischen Ablenkvorrichtung 5 zugeführt wird, wird in das akustooptische Medium 5a eingeleitet und trifft in diesem auf die fortschreitende Ultraschallwelle. Dabei wird er von der fortschreitenden Welle gebeugt und dann abgelenkt. Je kürzer die Wellenlänge der fortschreitenden Welle der Ultraschallschwingung ist, desto größer ist die Ablenkung des Laserstrahls. Wenn also die Schwingungsfrequenz des Hochfrequenzoszillators 5c wiederholt sägezahnförmig von einer tiefen Frequenz zu einer hohen Frequenz durchgewobbelt wird, wird der von der akustooptischen Ablenkvorrichtung 5 emittierte Laserstrahl so abgelenkt, daß er einen horizontal abtastenden Laserstrahl bildet, der wiederholt abgelenkt wird.
Wenn ein Bild mit hoher Auflösung auf einen Bildschirm projiziert werden soll, muß der Durchmesser des auf die akustooptische Ablenkvorrichtung 5 auftreffenden Laserstrahls vergrößert werden. Obwohl der Durchmesser des Laserstrahls groß ist, ist die Übertragungsgeschwindigkeit der durchlaufenden Welle der Ultraschallschwingung in dem akustooptischen Medium 5a begrenzt, so daß die Frequenz der Ultraschallwelle, die mit dem Laserstrahl zusammentrifft, in dem einfallenden Laserstrahl in dem in der Nähe des Ultraschallwellengenerators 5b liegende Bereich eine andere ist als in dem von dem Ultraschallwellengenerator 5b entfernten Bereich. Deshalb ändert sich die Größe Ablenkwinkel mit der Position des Strahldurchmessers. Und zwar trifft der Laserstrahl in der Nähe des Ultraschallwellengenerators 5b auf eine Ultraschallwelle mit hoher Frequenz und wird stark abgelenkt, während er in dem von dem Ultraschallwellengenerator 5b entfernten Bereich auf eine Ultraschallwelle mit niedriger Frequenz trifft und nur wenig abgelenkt wird. Infolgedessen ist der Laserstrahl nicht parallel ausgenchtet, er konvergiert vielmehr und wird dann abgelenkt, als ob er eine Zylinderlinse durchlaufen hätte. Diese Erscheinung wird als Zylinderlinseneffekt bezeichnet.
Der von der akustooptischen Ablenkeinrichtung 5 emittierte Laserstrahl, der zu dem horizontalen Abtast-Laserstrahl wird, der wiederholt eine Abtastablenkung ausführt, wird einer korrigierenden Zylinderlinse 6 zugeführt. Diese korrigierende Zylinderlinse 6 korrigiert den oben erwähnten Zylinderlinseneffekt, so daß der Laserstrahl nach dem Durchgang durch die korrigierende Zylinderlinse 6 wieder zu einem parallelen Laserstrahl wird, der wiederholt die horizontale Abtastablenkung ausführt.
Der horizontal abgelenkte Laserstrahl wird nach dem Durchlauf durch die korrigierende Zylinderlinse 6 einer akustooptischen Ablenkvorrichtung 7 für die vertikale Abtastung zugeführt. Die Konstruktion der akustooptischen Ablenkvorrichtung 7 entspricht derjenigen der akustooptischen Ablenkvorrichtung 5 für die horizontale Abtastung. In der akustooptischen Ablenkvorrichtung 7 ist auf einer Fläche eines akustooptischen Mediums 7a ein Ultraschallwellengenerator 7b befestigt, der den piezoelektrischen Effekt ausnutzt. Dem Ultraschallwellengenerator 7b wird von einem Hochfrequenzoszillator 7c eine Spannung zugeführt, so daß in dem akustooptischen Medium 7a eine fortschreitende Ultraschallwelle erzeugt wird. Die Schwingungsfrequenz des Hochfrequenzoszillators 7c wird dann wiederholt sägezahnförmig von einer tiefen bis zu einer hohen Frequenz durchgewobbelt, so daß der auftreffende Laserstrahl wiederholt in vertikaler Richtung abgelenkt wird.
Die Rate, mit der der Abtastlaserstrahl wiederholt in vertikaler Richtung abgelenkt wird, beträgt z.B. 60 pro Sekunde. Dies ist ein im Vergleich zu der oben erwähnten horizontalen Ablenkung niedriger Wert. Deshalb kann der Zylinderlinseneffekt in der akustooptischen Ablenkvorrichtung 7 vernachlässigt werden.
Der von der akustooptischen Ablenkvorrichtung 7 emittierte Laserstrahl, der wiederholt in horizontaler und vertikaler Richtung zweidimensional abgelenkt wird, wird dann durch vergrößernde Projektionslmsen 8 und 9 auf einen Bildschirm 10 projiziert. Die vergrößernden Projektionslmsen 8 und 9 dienen zur Vergrößerung des Bildes auf eine praktikable Bildschirmgröße. Die Bildgröße auf dem Bildschirm 10 wäre andernfalls zu klein, weil der Ablenkwinkel der Ablenkvorrichtung sehr klein ist., z.B. 2º beträgt.
Der Laserstrahl tastet den Bildschirm 10, wie oben beschrieben, in einem sog. Abtastraster ab. Auf diese Weise kann ein Fernsehbild angezeigt werden, wenn dem Lichtintensitätsmodulator 3 ein Videosignal zugeführt wird, das mit der horizontalen und der vertikalen Ablenkung synchronisiert ist.
Im Vergleich zu einer mechanischen Laseranzeigevorrichtung arbeitet die oben beschriebene akustooptische Ablenkvorrichtung vibrations- und geräuschfrei und besitzt ausgezeichnete Haltbarkeit. Außerdem kann eine Laseranzeigevorrichtung dieser Art schnell starten und ist frei von zeitlichen Jitterkomponenten. Darüber hinaus ist die Laseranzeigevorrichtung mit akustooptischer Ablenkvorrichtung im Vergleich zu einer mechanischen Laseranzeigevorrichtung klein und leicht.
Der Ultraschallwellengenerator 5b in der akustooptischen Ablenkvorrichtung 5 ist mit einer Fläche des akustooptischen Mediums 5a verbunden und erzeugt in diesem eine fortlaufende Ultraschallwelle, so daß der auf das akustooptische Medium 5a einfallende Laserstrahl durch die Ultraschallwelle gebeugt wird. Dadurch ändert sich die Richtung, in der der Laserstrahl emittiert wird.
Je größer die Frequenz der Ultraschallwelle wird, d.h. je kürzer die Wellenlänge der Ultraschallwelle wird, um so größer wird der Ablenkwinkel des abgelenkten Lichts. Wenn der Laserstrahl von der akustooptischen Ablenkvorrichtung 5 nach Art einer Rasterabtastung abgelenkt wird, muß die Frequenz der Ultraschallwelle von einem hohen Wert zu einem tiefen Wert durchgewobbelt werden und umgekehrt.
Da die Wobbelbandbreite Af der Frequenz der Ultraschallwelle vergrößert werden muß, um einen großen Ablenkabtastwinkel zu erzielen, wird die Dämpfung der Ultraschallwelle in dem hohen Frequenzband ausgeprägt. Deshalb ist dieses Verfahren in der praktischen Anwendung ungünstig und stößt an Grenzen. Im allgemeinen ist der Abtastwinkel sehr klein, er beträgt z.B. etwa 2º. Wenn ein Bild mit Hilfe einer Laseranzeigevorrichtung dieses Typs angezeigt werden soll, muß deshalb der Abtastwinkel mit Hilfe der Projektionslmsen 8 und 9 bei der Projektion vergrößert werden. In diesem Fall wird auch die Punktgröße entsprechend dem Vergrößerungsverhältnis vergrößert, so daß die Auflösung des Bildes, z.B. die Anzahl N der auflösbaren Strahlpunkte pro Abtastzeile nicht auf das Vergräßerungsverhältnis bezogen ist. Sie ist gegeben durch
N =πD Δf/2 v cosm θ,
worin D die Punktgröße des Laserstrahls, v die Schallgeschwindigkeit, mit der sich die Ultraschallwelle in dem akustooptischen Medium 5a ausbreitet und θ der Winkel zwischen dem zentralen Abtastwinkel und dem auftreffenden Laserstrahl bedeuten.
Um ein Bild mit hoher Auflösung, d.h. mit einem hohen Wert N, zu erzielen, muß deshalb die Punktgröße des auf das akustooptische Medium 5a einfallenden Laserstrahls vergrößert werden. Dann tritt aber der Nachteil auf, daß die Abtastgeschwindigkeit mit wachsender Punktgröße des Laserstrahls verringert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Ultraschallwelle einige Zeit benötigt, um sich innerhalb der Punktgröße auszubreiten. Die für das Umschalten der Ablenkrichtung erforderliche Zeit werde mit t bezeichnet. Sie ist gegeben durch
t = πD/2 v cos θ.
Hieraus ergibt sich, daß die Zeit t proportional zur Punktgröße anwächst. Das heißt, hohe Abtastgeschwindigkeit und hochauflösende Anzeige sind gegensätzliche Forderungen.
Infolgedessen stößt eine Laseranzeigevorrichtung, bei der die oben beschriebenen, bereits früher vorgeschlagene akustooptische Ablenkvorrichtung eingesetzt wird, an eine Grenze. So kann z.B. für das NTSC-System ein Bild mit einer horizontalen Auflösung von nur 320 Zeilen und einer Abtastrate von 525 Zeilen pro Voiibiid angezeigt werden. Für ein hochauflöse ndes Femsehempfängersystem mit beispielsweise 1125 Abtastzeilen läßt sich die Laserabtastvorrichtung mit der oben beschriebenen akustooptischen Ablenkvorrichtung für die horizontale Abtastung also nicht verwenden.
US-A-4 213 146 offenbart (in Fig. 7) eine Laserstrahl-Ablenkvorrichtung zum Projizieren eines Laserstrahls auf einen Bildschirm oder dgl.. Die Vorrichtung umfaßt ein Paar von Ablenkmitteln zum getrennten Ablenken der ankommenden Laserstrahlen in eine gegebene Ablenkrichtung, ferner ein Strahlumschaltmittel, mit dessen Hilfe ein ankommender Laserstrahl abwechselnd dem Paar von Ablenkmitteln zugeführt wird., sowie eine Projektionseinrichtung zum Projizieren der von dem Paar von Ablenkmitteln abgelenkten Laserstrahlen auf den Bildschirm oder dgl.. Das Strahlumschaltmittel umfaßt eine Pockels-Zelle (Polarisations-Rotator) und ein Calcit-Prisma. Das Paar von Ablenkmitteln besteht aus einem Spiegelpaar.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Laserstrahl-Ablenkvorrichtung zum Projizieren eines Laserstrahls auf einen Bildschirm zur Verfügung, dessen Merkmale in Anspruch 1 angegeben sind.
Der Eingangs-Laserstrahl wird vorzugsweise intensitätsmoduliert, und es ist eine Vorrichtung zur Ablenkung des (der) von der Projektionseinrichtung ausgegebenen Strahls (Strahlen) in einer zu der gegebenen Abtastrichtung im wesentlichen senkrechten Richtung vorgesehen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, die weiter unten näher erläutert werden, geben eine verbesserte Laserstrahl-Ablenkvorrichtung für die horizontale Abtastung, die die oben erwähnten Mängel und Nachteile der früheren Vorschläge eliminieren oder zumindest verringern.
Die Laserstrahl-Ablenkvorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt weniger Geräusch, besitzt ausgezeichnete Haltbarkeit, ist klein und leicht und kann einen Laserstrahl mit hoher horizontaler Abtastgeschwindigkeit ablenke.
Ausführungsbeispiele der Erfindung eignen sich für die Anwendung in einem hochauflösenden Fernsehsystem mit 1125 Abtastzeilen.
Im folgenden sei die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert, auf das Schutzumfang der Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Dabei wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen durchgehend zur Identifizierung gleicher oder ähnlicher Teile verwendet werden.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels für eine bereits früher vorgeschlagene Laserstrahl-Ablenkvorrichtung,
Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Teils einer ersten Laserstrahl-Ablenkvorrichtung,
Fig. 3A bis 3C zeigen Wellenformdiagramme von in der Vorrichtung nach Fig. 2 verwendeten Hochfrequenzspannungen,
Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm einer zweiten Laserstrahl-Ablenkvorrichtung,
Fig 5 zeigt ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Strahlengangs eines Laserstrahls in einer Strahlmischeranordnung der Vorrichtung nach Fig. 4,
Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm einer dritten Laserstrahl-Ablenkvorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Strahlengangs in der Vorrichtung von Fig. 6.
In Fig. 2 ist der Hauptteil einer ersten Laserstrahl-Ablenkvorrichtung dargestellt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird ein von einer nicht dargestellten externen Quelle (wie den Elementen 1 bis 3 von Fig. 1) erzeugter Laserstrahl 10 ähnlich wie bei dem beschriebenen Beispiel von Fig. 1 intensitätsmoduliert. Der Laserstrahl 10 wird in eine Zylinderlinse 11a geleitet, in der seine Strahlbreite vergrößert wird, und dann einer Zylinderlinse 11b, in der er parallel ausgerichtet wird. Auf diese Weise wird der Laserstrahl abgeflacht, wobei sein Querschnitt nur in horizontaler Abtastrichtung vergrößert wird. Der abgeflachte Laserstrahl wird einer Strahlumschaltvorrichtung 12 zugeführt. Die Strahlumschaltvorrichtung 12 besteht aus einer akustooptischen Ablenkvorrichtung, die die Emissionsrichtung des einfallenden flachen Laserstrahls nach Maßgabe eines an sie angelegten (nicht dargestellten) Umschaltsignals entweder in eine obere oder eine untere Richtung umschaltet. Das Umsteuern des Laserstrahls in die oberen oder unteren Richtung mit Hilfe der Strahlumschaltvorrichtung 12 steht nicht im Zusammenhang mit der Auflösung des projizierten Videobildes, so daß die Strahlgröße in Abtastrichtung nicht vergrößert werden muß. Infolgedessen kann die Schaltgeschwindigkeit in Emissionsrichtung des Laserstrahls hinreichend vergrößert werden, wenn die Richtung der "Dicke" des einfallenden flachen Strahls mit der Richtung zusammenfällt, in der die Ultraschallwelle wandert.
Der von der Strahlumschaltvorrichtung 12 ausgehende flache Laserstrahl wird bei jedem horizontalen Abtastvorgang entweder in die obere oder in die untere Richtung von Fig. 1 umgesteuert. Dadurch wird der Strahl 10 in einen flachen Strahl 11 oder in einen flachen Strahl 12 umgewandelt. Die flachen Strahlen 11 oder 12 werden einer akustooptischen Ablenkvorrichtung 13 für die horizontale Abtastung zugeführt. Die akustooptische Ablenkvorrichtung 13 für die horizontale Abtastung besteht aus einem Paar von akustooptischen Ab- Ienkvorrichtungen 13a und 13b, die nahe beieinander angeordnet sind. An den akustooptischen Ablenkvorrichtungen 13a und 13b sind Ultraschallwellengeneratoren 14a und 14b befestigt, die jeweils abwechselnd von unabhängigen (nicht dargestellten) Frequenzoszillatoren betrieben werden.
Wenn der flache Laserstrahl 11 nach Umschaltung seiner Bewegungsrichtung durch die Strahlumschaltvorrichtung 12 der akustooptischen Ablenkvorrichtung 13a für die horizontale Abtastung zugeführt wird, bewirkt der Ultraschallwellengenerator 14a die horizontale Abtastbewegung des Strahls. Wenn andererseits der einfallende flache Laserstrahl 11 der akustooptischen Ablenkvorrichtung 13b zugeführt wird, bewirkt der Ultraschallwellengenerator 14b seine horizontale Abtastbewegung. Die von dem Ultraschallwellengenerator 14a oder 14b erzeugten Ultraschallwellen durchwandern das akustooptische Medium in einer Richtung 5, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, und bewirken dadurch die Abtastablenkung in Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwelle. Man läßt de Breitenrichtung des einfallenden flachen Laserstrahls 11 oder 12 mit der Richtung 5 der horizontalen Ablenkabtastzeilen der Ausbreitung der Ultraschallwelle zusammenfallen, so daß die Auflösung des auf einem Bildschirm angezeigten Bildes hinreichend vergrößert werden kann.
Die von den akustooptischen Ablenkvorrichtungen 13a und 13b für die horizontale Abtastung ausgehenden Laserstrahlen werden in Zylinderlinsen 15a bzw. 15b eingeleitet, die den sog. Zylinderlinseneffekt korrigieren.
Nach dem Durchlauf durch die Zylinderlinse 15a wandert der Laserstrahl durch Prismen 16a und 16b. In diesen wird der Laserstrahl abgelenkt, so daß ein Laserstrahl l01 entsteht. Der Lichtpfad dieses Laserstrahls verläuft parallel zu dem Lichtpfad eines Laserstrahls l02, der die Zylinderlinse 15b durchlaufen hat.
Im folgenden sei anhand von Fig. 3A bis 3C das Verfahren beschrieben, nach dem die Laserumschaltvorrichtung 12 und die akustooptische Ablenkvorrichtung 13 für die horizontale Abtastung von Ultraschallwellen in der Vorrichtung von Fig. 2 arbeiten. Fig. 3A zeigt ein Wellenformdiagramm der an den Ultraschallwellengenerator 14a der akustooptischen Ablenkvorrichtung 13b angelegten Hochfrequenzspannung. Fig. 3B zeigt das Wellenformdiagramm der an den Ultraschallwellengenerator 14b der akustooptischen Ablenkvorrichtung 13b angelegten Hochfrequenzspannung: Fig. 3C zeigt das Wellenformdiagramm der an die Strahlumschaltvorrichtung 12 angelegten Hochfrequenzspannung.
Wenn die in Fig. 3C dargestellte Hochfrequenzspannung mit der Frequenz fa an die Strahlumschaltvorrichtung 12 angelegt wird, wird der Beugungswinkel des einfallenden Laserstrahls 10 vergrößert, so daß der einfallende Laserstrahl in Richtung des in Fig. 2 dargestellten Lichtpfads l1 emittiert wird. Wenn hingegen die in Fig. 3C dargestellte Hochfrequenzspannung mit der Frequenz fb an die Strahlumschaltvorrichtung 12 angelegt wird, wird der Beugungswinkel des einfallenden Laserstrahls verkleinert, so daß der einfallende Laserstrahl in Richtung des in Fig. 2 dargestellten Lichtpfades l2 emittiert wird. Die Frequenz der Hochfrequenzspannung wird in jeder horizontalen Abtastperiode τ1 oder τ2 zwischen den Werten fa und fb umgeschaltet. Dadurch wird die Emissionsrichtung des Laserstrahls bei jeder horizontalen Abtastung von l1 auf l2 umgesteuert.
Fig. 3A zeigt die Wellenform der Hochfrequenzspannung, die an den Ultraschallwellengenerator 14a der akustooptischen Ablenkvorrichtung 13a angelegt wird, die in dem Lichtpfad l1 des Laserstrahls angeordnet ist. In Fig. 3A stellt fmax und fmin die obere bzw. untere Grenze der effektiven Treiberfrequenzen der akustooptischen Ablenkvorrichtungen 13a und 13b dar, in denen der Laserstrahl in dem zwischen den oberen und unteren Grenzwerten fmax und fmin liegenden Bereich abgelenkt wird. In einem Zeitpunkt t&sub1;, in dem die Frequenz der an die Strahlumschaltvorrichtung 12 angelegten Spannung auf die Frequenz fa umgeschaltet wird, wird die Richtung des Laserstrahls auf den Lichtpfad l1 umgeschaltet. Von dem Zeitpunkt t&sub1; ab nimmt die Frequenz der an den Ultraschallwellengenerator 14a angelegten Hochfrequenzspannung linear von dem oberen Grenzwert fmax bis zu dem unteren Grenzwert fmin ab, die dem Abtastendpunkt entspricht. Diese Frequenz wird nach einem Zeitpunkt t&sub2;, in dem der untere Grenzwert fmin erreicht wird, kontinuierlich bis auf eine Frequenz f&sub0; verringert. Dann wird die Frequenz der an den Ultraschallwellengenerator 14a angelegten Hochfrequenzspannung augenblicklich auf eine vorbestimmte Frequenz erhöht, die größer ist als die Frequenz fmax.
Wie Fig. 3B zeigt, findet von einem Zeitpunkt t&sub3; an, in dem der Lichtpfad des Laserstrahls von der Strahlumschaltvorrichtung 12 auf den Lichtpfad l2 umgeschaltet wird, ein linearer Wobbelvorgang statt, in dessen Verlauf sich die Frequenz der an den Ultraschallwellengenerator 14b der akustooptischen Ablenkvorrichtung 13b angelegten Hochfrequenzspannung von dem oberen Grenzwert fmax auf den unteren Grenzwert fmin ändert.
Der Lichtpfad wird, wie oben beschrieben, am Ende eines horizontalen Abtastvorgangs umgeschaltet, und der Laserstrahl wird in eine andere akustooptische Ablenkvorrichtung gelenkt, die sich im Standby-Modus befindet, nachdem die rekursive Abtastung beendet ist. Sodann beginnt sofort die nächste horizontale Abtastung, und dieser Vorgang wird wiederholt.
Für den Fall eines hochauflösenden Videosignals mit 1125 Abtastzeilen hat die horizontale Abtastperiode τ1 oder τ2 in Fig. 3A, 3B und 3C eine Dauer von etwa 25,86 Mikrosekunden. Die Austastperiode, d.h. die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t&sub2; und t&sub3;, beträgt 3,77 Mikrosekunden.
Fig. 4 zeigt die wichtigsten Details einer zweiten Laserstrahl-Ablenkvorrichtung. In Fig. 4 sind solche Teile, die Teilen der ersten Vorrichtung (Fig. 2) entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort und werden nicht erneut beschrieben. Die zweite Vorrichtung (Fig. 4) unterscheidet sich von der ersten Vorrichtung (Fig. 2) lediglich darin, daß die Prismen 16a und 16b der ersten Vorrichtung durch eine Strahlenmischvorrichtung 20 ersetzt sind.
In der Anordnung von Fig. 4 wird ein Laserstrahl l'01, der von der horizontalen akustooptischen Ablenkvorrichtung 13a durch die Zylinderlinse isa emittiert wird, der Laserstrahlmischvorrichtung 20 zugeführt und von dieser als Laserstrahl l03 emittiert. Ein Laserstrahl l'02, der von der horizontalen akustooptischen Ablenkvorrichtung 13b durch die Zylinderlinse 15b emittiert wird, wird ebenfalls der Laserstrahlmischvorrichtung 20 zugeführt und von dieser als Laserstrahl l03 emittiert.
Fig. 5 zeigt, wie die Laserstrahlmischvorrichtung 20 die Laserstrahlen l'01 und l'02 mischt und daraus den Laserstrahl l03 bildet.
In der Anordnung von Fig. 5 wird der Laserstrahl l'01 nach Durchlaufen der Zylinderlinse 15a durch eine Halbwellenplatte 21 geführt, deren polarisierende Ebene um 1/4 gedreht ist, und dann einem trapezförmigen Prisma 22a zugeführt wird. Dieser Laserstrahl wird an einer reflektierenden Fläche m1 des trapezförmigen Prismas 22a reflektiert und einem polarisierenden Strahlenteiler 23 zugeführt. Der polarisierende Strahlenteiler 23 besteht aus einem Paar von Rechteckprismen, die über eine dielektrische Mehrlagenschicht m3 miteinander verkittet sind. Der einfallende Laserstrahl wandert durch die dielektrische Mehrlagenschicht m3 oder wird an dieser reflektiert. Dies hängt von dem Polarisationszustand des auf die dielektrische Mehrlagenschicht auftreffenden Laserstrahls ab. Der von der reflektierenden Fläche m1 reflektierte Laserstrahl wird von der dielektrischen Schicht m3 reflektiert und von dem polarisierenden Strahlenteiler 23 als Laserstrahl l03 emittiert.
Der Laserstrahl l'02 fällt nach dem Durchlauf durch die Zylinderlinse 15b auf ein trapezförmiges Prisma 22b, in dem er an einer reflektierenden Fläche m2 des trapezförmigen Prismas 22b reflektiert wird, und wird dann dem polarisierenden Strahlenteiler 23 zugeführt.
Der von der reflektierenden Fläche m2 reflektierte Laserstrahl wandert durch die dielektrische Mehrlagenschicht m2 des polarisierenden Strahlenteilers 23 und wird von diesem als Laserstrahl l03 emittiert.
Wenn die Laserstrahlmischvorrichtung 20 in der zweiten Vorrichtung nach Fig. 4, wie dargestellt, hinter den Zylinderlinsen 15a und 15b angeordnet ist, können die Laserstrahlen l'01 und l'02 nach dem Durchlauf durch die Laserstrahlmischvorrichtung 20 den gleichen Lichtpfad entlangwandern. Deshalb emittiert die Laserstrahlmischvorrichtung 20 einen einzigen Laserstrahl l03, der so beschaffen ist, als ob er von einer einzigen akustooptischen Ablenkvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit horizontal abgetastet worden wäre.
Fig. 6 zeigt die wichtigsten Einzelheiten einer dritten Laserstrahl-Ablenkvorrichtung. Diese stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Funktion dieser dritten Vorrichtung. In Fig. 6 und 7 sind solche Teile, die Teilen von Fig. 2 und 4 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort und werden nicht erneut beschrieben.
In der Anordnung von Fig. 6 und 7 wird der intensitätsmodulierte Laserstrahl l1 über die Zylinderlinsen 11a und 11b einer Laserstrahl-Modenwandlereinrichtung 24 zugeführt. Die Laserstrahl-Modenwandlereinrichtung 24 unterscheidet sich von der Laserumschaltvorrichtung 12 in der ersten und zweiten Vorrichtung (Fig. 2 und 4) darin, daß sie die Schwingungsmode eines auftreffenden Laserstrahls entweder in eine parallel oder in eine senkrechte Welle umsteuert. Der Laserstrahl, dessen Schwingungsmode von der Laserstrahl- Modenumschalteinrichtung 24 in eine parallele Welle oder eine senkrechte Welle umgesteuert wird, wird über Zylinderlinsen 25 und 26 einem polarisierenden Strahlenteiler 27 zugeführt.
Falls der Laserstrahl, der in den polarisierenden Strahlenteiler 27 eintritt, eine parallele Welle ist, wird er der horizontalen akustooptischen Ablenkvorrichtung 13a über den polarisierenden Strahlenteiler 27 als Laserstrahl l04 zugeführt. Falls der Laserstrahl, der in den polarisierenden Strahlenteiler 27 eintritt, hingegen eine senkrechte Welle ist, wird er von dem polarisierenden Strahlenteiler 27 einer Halbwellenplatte 28 zugeführt, in der er von einer senkrechten in eine parallele Welle umgewandelt wird. Er wird dann einem Prisma 29 zugeführt. Der von dem Prisma 29 reflektierte Laserstrahl wird der horizontalen akustooptischen Ablenkvorrichtung 13b als Laserstrahl l05 zugeführt.
Nach der horizontalen Abtastung in den akustooptischen Ablenkvorrichtungen 13a und 13b werden die Laserstrahlen l04 und l05 gelangen sie von den akustooptischen Ablenkvorrichtungen 13a und 13b über eine Zylinderlinse 30 zu einer Laserstrahlmischvorrichtung 20 zugeführt. Der auf die Halbwellenplatte 21 der Strahlenmischvorrichtung 20 auftreffende Laserstrahl wird in eine parallele Welle umgewandelt, in dem trapezförmigen Prisma 22a reflektiert, dann an der dielektrischen Mehrlagenschicht m3 des polarisierenden Strahlenteilers 23 reflektiert und schließlich als Laserstrahl l06 emittiert. Der Laserstrahl, der in das trapezförmige Prisma 22b der Laserstrahlmischvorrichtung 20 eintritt, wird dort reflektiert, und durchläuft dann die dielektrische Schicht m3 des polarisierenden Strahlenteilers 23 und wird als Laserstrahl l06 emittiert.
Wie Fig. 6 zeigt, wird der Laserstrahl l06 über eine Zylinderlinse 31 einem Galvanometerspiegel 32 für die vertikale Abtastung zugeführt. Der von dem Galvanometerspiegel 32 reflektierte Laserstrahl wird dann über eine Zylinderlinse 33 und eine Projektionslmse 34 einem Bildschirm 35 zugeführt. Der Galvanometerspiegel 32 bewirkt in diesem Fall die vertikale Abtastbewegu ng des Laserstrahls.
Für die Vorrichtungen von Fig. 2 bis 5 sind keine vertikalen Ablenkmittel dargestellt. Man kann bei diesen Vorrichtungen entweder die akustooptische Ablenkvorrichtung 7 von Fig. 1 oder die als Galvanometerspiegel ausgebildete Ablenkvorrichtung 32 von Fig. 6 einsetzen.
Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Laserabtastvorrichtung mit zwei akustooptischen Ablenkvorrichtungen für die horizontale Abtastung verwendet werden, wird ein intensitätsmodulierter Laserstrahl in zwei Schwingungsmoden aufgeteilt, und die so aufgeteilten Laserstrahlen werden von den beiden akustooptischen Ablenkvorrichtungen abwechselnd horizontal abgetastet. Auf diese Weise läßt sich in der Praxis eine Laserabtastvorrichtung realisieren, die geräuscharm arbeitet, ausgezeichnete Haltbarkeit besitzt, klein und leicht ist, und die den Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit in horizontaler Richtung abtasten kann. Eine Laserabtastvorrichtung, in der die Erfindung verkörpert ist, eignet sich beispielsweise für ein hochauflösendes Fernsehsystem mit beispielsweise 1125 Abtastzeilen.
Die Erfindung ist außerdem nicht auf eine Laseranzeigevorrichtung beschränkt, sondern kann auch bei anderen Geräten, wie z.B. Laserdruckern, eingesetzt werden, die ein Bild durch horizontales Abtasten anzeigen.

Claims

1. Laserstrahl-Ablenkvorrichtung zum Projizieren eines Laserstrahls auf einen Bildschirm

mit einem Paar von Ablenkmitteln (13a, 13b) zum getrennten Ablenken von ankommenden Laserstrahlen in einer gegebenen Abtastrichtung,

mit einer Strahlschalteinrichtung (24, 27, 28) zum Zuführen eines Eingangs- Laserstrahls abwechselnd an die Ablenkmittel (13a, 13b) des genannten Paares,

sowie mit einer Projektionseinrichtung zum Projizieren der von dem Paar von Ablenkmitteln (13a, 13b) abgelenkten Laserstrahlen auf den Bildschirm,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Paar von Ablenkmitteln (13a, 13b) aus akusto-optischen Ablenkmitteln besteht und

daß die Strahischalteinrichtung (24, 27, 28) einen Strahlenmodenwandler (24) zum Ändern des Polarisationsmodus des Eingangs-Laserstrahls, einen polarisierenden Strahlenteiler (27) und eine Halbwellenplatte (28) umfaßt, wobei der Strahlenteiler (27) so angeordnet ist, daß ihm aus dem Strahlenmodenwandler (24) austretendes Licht zugeführt wird, um zwischen einem ersten und einem zweiten Polarisationsmodus des Laserstrahls zu unterscheiden und diese als getrennte erste und zweite Laserstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationsmoden auszugeben, wobei der Strahlenteiler (27) ferner so angeordnet ist, daß der erste der getrennten Laserstrahlen einem (13a) der akustooptischen Ablenkmittel (13a, 13b) des genannten Paares zugeführt wird, und wobei die Halbwellenplatte (28) so angeordnet ist, daß ihr der zweite der getrennten Laserstrahlen von dem polarisierenden Strahlenteiler (27) zugeführt wird und sie den zweiten getrennten Strahl so ausgibt, daß er nach dem Durchgang durch die Halbwellenplatte (28) auf das andere (13b) akusto-optischen Ablenkmittel (13a, 13b) des genannten Paares gerichtet ist, so daß der Eingangs-Laserstrahl nach Maßgabe des von dem Strahlenmodenwandler (24) bestimmten Polarisationsmodus abwechselnd einem der akusto-optischen Ablenkmittel zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Strahlintensitäts-Modulationseinrichtung (3) zum Modulieren der Intensität des Laserstrahls mit einem Videosignal, bevor der Strahl die Strahlschalteinrichtung (24, 27, 28) erreicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Strahlintensitäts-Modulationseinrichtung (3) den Laserstrahl nach Maßgabe eines von einer externen Quelle empfangenen Videosignal moduliert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Projektionseinrichtung Ablenkmittel (32) aufweist zum Ablenken der von dem Paar von akusto-optischen Ablenkmitteln (13a, 13b) ausgegebenen Laserstrahlen in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der gegebenen Abtastrichtung verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Projektionseinrichtung einen Strahlenmischer (20) aufweist zum Zusammenmischen der von den akusto-optischen Ablenkmitteln (13a, 13b) ausgegebenen Laserstrahlen und zum Projizieren eines einzigen kombinierten Strahls.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Projektionseinrichtung Ablenkmittel (32) aufweist zum Ablenken des von dem Strahlenmischer (20) ausgegebenen Laserstrahls in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der gegebenen Abtastrichtung verläuft.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Laserquelle (1) zur Erzeugung des Eingangs-Laserstrahls.