JPS628766B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、音響光学光変調器または電気光学光
変調器と回転多面鏡走査器とを組合わせた光ビー
ムの変調・偏向装置において、回転多面鏡の各鏡
面の反射率のバラツキに起因して発生する走査ビ
ームのパワー変動および鏡面の稜によるビームの
ケラレに起因して発生するシエーデイングを自動
的に補正しようとするものである。

従来、レーザーデイスプレイ装置やレーザー録
画装置において、映像信号により強度変調された
レーザービームを回転多面鏡による偏向する場
合、走査ビームは回転多面鏡の各鏡面の反射率の
バラツキによるパワー変動（このパワー変動は回
転多面鏡を水平走査に用いたラスタースキヤナー
においては、鏡面の数が走査線数の約数ならば静
止した横じたノイズとなり、約数でないときはフ
リツカーとなつて現われる）および走査線の左右
両端部において鏡面の稜によるビームのケラレに
よつてパラボラ状のシエーデイングを発生してい
た。しかし、この補正は、回転多面鏡に入射する
光ビームがすでに映像信号により強度変調を受け
ているためにひずみ成分のみを検出することが困
難であり、実現できなかつた。

これらのひずみが特に問題となるのは光録画の
場合であり、とりわけ、各鏡面の反射率のバラツ
キは、録画されたフイルム画面上に横じま状のノ
イズとなつて現われ画質の品位を低下させる。こ
の横しま状ノイズを検知限以下にするためには回
転多面鏡の各鏡面の反射率のバラツキを0.2％以
下とすることが必要であり、加工上にきわめて高
度の技術を要求され、実現が困難であり、また、
実現したとしても、製造コストが著しく高価にな
り、実用上の隘路になつたていた。さらに、埃な
どが鏡面に付着することによつて生ずる反射率の
バラツキも重要な問題であつた。

第１図は、主たる光変調器が音響光学光変調器
である場合における本発明の実施例を示す。第１
図ａは側面図、第１図ｂは上面図である。この第
１図について基本動作を説明する。

光ビーム源１から反射される光ビーム２は、ま
ず補正用光変調器３を通過したのち、収束レンズ
４によつて収束を受けてビーム直径を適当に縮小
されて、いわゆるビームウエストが形成される。
そのビームウエストの位置の近傍に、主たる光変
調器である音響光学光変調器５が配設される。
（音響光学光変調器の動作原理はIEEE
Spectrum、May、1967のp.42〜54に説明されて
いる。）この音響光学光変調器５の一つの端面に
取付けられたトランスジユーサー５′は、映像信
号などによつて振幅変調された超音波信号emに
より駆動される。このようにして発生した超音波
の波面に対して適切な角度、例えばブラツグ角、
で光ビーム２を入射させると、光ビーム２は、超
音波の波面による周期的屈折率の変動により空間
的に強度変調され、波面で決まる方向に外れる１
次回折光ビームとそのまま直進する０次回折光
ビームとに分かれる。

一次回折光と０次回折光の強度は、第１次
近似の範囲内では、それぞれI₀Sin²（Ｖ／２）、
I₀Cos²（Ｖ／２）に比例する。ここでI₀は入射光
ビーム２の強度であり、Ｖは超音波による位相変
化分で超音波のパワーに比例し、光の波長の二乗
に逆比例し、また、トランスデユーサ５′の物理
常数である屈折率ｎ、光弾性常数ｐ、密度ρ、音
速Ｖ_Aなどに依在する。（前掲のIEEE
Spectrum、May、1967、pp42〜54および「レー
ザーハンドブツク」朝倉書店刊、p554〜556参
照）それ故、超音波の振幅変調に応じて１次回折
光ビームと０次回折光ビームとの間で光量の
分配率が変化する。また、０次回折光と１次回折
光の強度の和は一定であるので、後述する検出器
１５に集光される光ビームの強度には、鏡面８に
よる反射率のバラツキおよびパラボラ状シエーデ
イングに相当したパワー変動などの音響光学光変
調器５以降の光路中のパワー変動のみが現われ
る。かかる光ビーム、は、いずれも、以後に
配設されているコリメートレンズ６、第１シリン
ドリカルレンズ７、回転多面鏡の鏡面８、ホーカ
スレンズ９、ビーム分割器１０を通過するまで、
けられる、つまり、光ビームの周辺が欠けること
はない。この間のビームの振舞いを次にもう少し
詳しく説明する。

コリメートレンズ６は、音響光学光変調器５の
出射ビーム，をいずれも平行ビームに復元す
るためのレンズである。ここで、第１シリンドリ
カルレンズ７はその後の第２シリンドリカルレン
ズ１２と一対になつて、回転多面鏡（第１図では
鏡面のみを示す）の各鏡面の軸心に対する倒れ角
（回転多面鏡の鏡面が回転軸に対して傾いている
角度）のバラツキに起因して発生する不要偏向成
分（主偏向方向に対して垂直方向の偏向成分）を
自動的に補正するための光学素子であり、このシ
リンドリカルレンズの作用効果の詳細は特開昭48
−98844号公報「光ビーム走査補正方式」に記載
されている。ここで重要なことは、鏡面８の位置
において、１次回折光と０次回折光とがいず
れも同一サイズの一致した楕円ビームとなつてぴ
つたり重なるように、音響光学光変調器５、コリ
メートレンズ６、第１シリンドリカルレンズ７、
回転多面鏡８の各位置を定めることである。

具体的にいえば、第１図ａにおいて、音響光学
光変調器５の中の偏向点と、回転多面鏡の鏡面８
の偏向点とが互いに共役の位置となるように、そ
の間に介在しているコリメートレンズ６および第
１シリンドリカルレンズ７を配設する。一例をあ
げれば、コリメートレンズ６の前側焦点の位置に
音響光学光変調器５の中の偏向点を一致させ、第
１シリンドリカルレンズ７の後側焦点の位置に鏡
面８の偏向点を一致させるようにすれば、コリメ
ートレンズ６と第１シリンドリカルレンズ７との
間は平行ビームとなるので、この距離は自由に選
べる。

このように構成すれば、音響光学光変調器５の
出射ビームはとに空間的に分離されてもその
合計のパワーは変調には無関係に常に一定値が鏡
面の同一場所に入射するので、各鏡面の反射率の
バラツキによる反射ビームのパワー変動を容易に
検出することが可能になる。すなわちととは
ホーカスレンズ９を通過後、ビーム分割器１０に
よつて一定率（例えば10％）のパワーが反射して
パワー変動の検出用に分離される。残りのと
とのパワーはビーム分割器１０を通過して、ここ
で不要になつたが遮光板１１によつて遮断さ
れ、吸収され、必要なのみが第２シリンドリカ
ルレンズ１２を通過して、被走査面１３上に収束
する。一方、検出用に分離されたととのパワ
ーの一部は検出用集光レンズ１４によつて検出器
１５の受光面に集められて光電変換されて鏡面８
による反射率のバラツキおよびパラボラ状シエー
デイングに相当したパワー変動成分がひずみ信号
ｅ_dとなつて取出され、比較器１６によつて基準
電圧Ｅ_Rと比較され、差信号Ｅ_R−ｅ_dが増幅器１
７によつて適当なレベルまで増幅されて、補正用
光変調器３の変調入力端子３′に加えられる。こ
の補正用光変調器３には主たる光変調器５と同様
の音響光学光変調器または遅延時間のない広帯域
特性に優れた電気光学光変調器を用いることがで
きる。前者を用いる場合には、当然、０次回折光
もしくは１次回折光を遮光して、それぞれ１次回
折光もしくは０次回折光のみを取出して使用す
る。後者を用いる場合には、電気光学光変調素子
（電気光学結晶）（図示せず）、偏光子（図示せ
ず）の組合わせとするか、またはさらにこの電気
光学光変調素子に入射するレーザビームが直線偏
光でない場合には電気光学光変調素子の前に偏光
子（図示せず）を設けることとする。

上記２種の光変調器の選択にあたつては、ひず
み信号ｅ_dに含まれる周波数成分が1MHz程度ま
でのときは前者を、1MHz以上のときは後者を用
いるのが望ましい。前者は超音波がトランスジユ
ーサ５′の位置から光ビームの位置に伝搬するま
での遅延時間を有するために、ひずみ信号ｅ_dが
広帯域のときの補正には本質的に適していない。

以上のようにして自動制御系が構成されること
によつて、ひずみ信号ｅ_dは十分小さい値にまで
縮小されて、鏡面８によるパワー変動が補正改善
される。

第１図において、ビーム分割器１０の位置はホ
ーカスレンズ９と第２シリンドリカルレンズ１２
との間に配設したが、この他に、回転多面鏡８と
ホーカスレンズ９との間や、第２シリンドリカル
レンズ１２と被走査面１３との間に配設すること
もできる。回転多面鏡の鏡面８とホーカスレンズ
９との間に配設した場合には、ホーカスレンズ９
とほぼ同様のレンズを集光用として検出用集光レ
ンズ１４の前に追加することが好ましい。

つぎに、第２図に主たる光変調器に電気光学光
変調器を用いた場合における本発明の実施例を示
す。第２図ａは側面図、第２図ｂは上面図であ
る。この第２図について基本動作を説明する。

光ビーム源１から放出される直線偏光の光ビー
ム１０２は補正用光変調器１０３を通過して強度
変調をうけて１０２′となつたのちに主たる変調
器である電気光学光変調器１０４へ入る。（第１
図の場合には、この前後に収束レンズ４およびコ
リメートレンズ６を設けたが、第２図の場合には
必ずしも必要ないので図示されていない。）電気
光学光変調器１０４は、入射ビームの偏光の方向
が指定された方向に一致するように適宜回転調整
を行なつたのちに固定する。（電気光学光変調器
の動作原理については、例えばProceedings of
the IEEE、Vol.58、No.10、october 1970、
p.1440〜1457またはコロナ社発行、画像エレクト
ロニクス講座第３巻「画像デイスプレイ」p.170
〜173に述べられている。）この電気光学光変調器
の入力端子104′には、適当なレベルに増幅された
映像信号などの変調信号ｅが加えられ、これによ
つて出力ビーム１０２″は位相変調をうけて楕円
偏光ビームとなり、この楕円率は変調信号ｅに対
応して変化する。しかし、出力ビーム１０２″の
パワーは変調信号ｅには無関係である。ここで、
通常ならば、電気光学光変調器１０４の直後に、
偏光子（この場合には検光子とも呼ばれている）
を設けて、楕円偏光ビームの一方の楕円軸に一致
させて、楕円率変調された光を強度変調された光
に変換したのちに、回転多面鏡へ導くのである
が、本発明では、偏光子を通常の位置に設けず、
そのまま第１シリンドリカルレンズ１０５を経て
回転多面鏡の鏡面１０６へ入射させる。回転多面
鏡の鏡面１０６からの反射ビーム１０２は鏡面
１０６の鏡面の反射率のバラツキおよびパラボラ
状シエーデイングに相当したパワー変動を受けて
いる。このビームはホーカスレンズ１０７を通過
後、ビーム分割器１０８により、一定率のパワー
が反射して検出用に分離される。残りのパワーは
ビーム分割器１０７を通過したのち、偏光子１０
９へ入射する。この偏光子１０９の透過軸の方向
を光ビーム１０２の偏光の方向に対して、垂直
方向に設定しておくことにより、楕円変調成分を
それに対応した強度変調成分に変換することがで
きる。このようにして偏光子１０９の出力には、
変調信号ｅの対応して強制変調された光ビーム１
０２〓が得られる。これは第２シリンドリカルレ
ンズ１１０によつて、被走査面１１１の上に収束
され走査される。一方、ビーム分割器１０８によ
り反射されたビームは検出用集光レンズ１１２に
より、検出器１１３の受光体に集められ、光電変
換されてひずみ信号ｅ_dとなり、比較器１１４に
よつて基準電圧Ｅ_Rと比較され、差信号Ｅ_R−ｅ_d
が増幅器１１５によつて適当なレベルまで増幅さ
れて、補正用光変調器１０３の入力端子１０３′
へ加えられる。補正用光変調器１０３は第１図の
場合と同様に、音響光学光変調器または電気光学
光変調器を用いることができる。このようにし
て、第１図の場合と同様の自動制御系が構成さ
れ、それによつて、ひずみ信号ｅ_dは十分小さい
値にまで縮小されて、鏡面７によるパワー変動が
補正される。この発明を実施することにより、光
変調器と回転多面鏡式光変調器とを組合わせた、
レーザービームの変調・偏向装置において、回転
多面鏡の各鏡面の反射率のバラツキ（埃などによ
る経時変化を含む）に起因して発生するパワー変
動を除去することができる。また、鏡面の稜によ
るビームのケラレによつて発生するパラボラ状の
シエーデイング波形を除去することができる。

この発明はテレビジヨン画像を映像フイルム上
に光ビームによつて直接書き込んで録画する「レ
ーザーイルム録画」（テレビジヨン学会誌31巻５
号（1977）p.393〜400参照）において、ガンマの
高いプリントフイルムへ直接録画を行なう場合
に、きわめて高度の均一性のすぐれた録画面像を
得ようとするときに重要な手段である。この発明
を用いずに、回転多面鏡の反射率のバラツキを機
械的加工精度のみによつて抑えようとすれば、バ
ラツキを0.2％以下にする必要があり、加工に著
しく高度の技術を要求され、したがつて、回転多
面鏡のコストはきわめて高価となる。本発明によ
れば機械的精度を電気的に補正できるので回転鏡
のコストが非常に低下し、かつ、このような装置
を多量生産する際の歩留りがきわめて高くなり、
生産性上の有効性が大きい。さらに、埃などの付
着による鏡面の反射率の経時変化に対しても有効
である。

また同時に、本発明では、回転多面鏡光走査器
を用いる場合に従来問題となていたパラボラ状の
シエーデイングもあわせて補正されるので、二重
の効果がある。本発明によつて、回転多面鏡を用
いた光ビームの変調・偏向装置において残された
強度変調ひずみの問題が解消した。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは音響光学光変調器と回転多
面鏡とを用いた光ビームの変調・偏向装置におけ
る本発明の実施例をそれぞれ示す側面図および上
面図、第２図ａおよびｂは電気光学光変調器と回
転多面鏡とを用いた光ビームの変調・偏向装置に
おける本発明の実施例をそれぞれ示す側面図およ
び上面図である。 １……光ビーム源、２……光ビーム、３……補
正用光変調器、３′……入力端子、４……収束レ
ンズ、５……音響光学光変調器、５′……トラン
スジユーサー、６……コリメートレンズ、７……
第１シリンドリカルレンズ、８……回転多面鏡の
鏡面、９……ホーカスレンズ、１０……ビーム分
割器、１１……遮光板、１２……第２シリンドリ
カルレンズ、１３……被走査面、１４……検出用
集光レンズ、１５……検出器、１６……比較器、
１７……増幅器、１０１……光ビーム源、１０
２，１０２′，１０２″，１０２，１０２〓……
光ビーム、１０３……補正用光変調器、１０３′
……入力端子、１０４……電気光学光変調器、１
０４′……入力端子、１０５……第１シリンドリ
カルレンズ、１０６……回転多面鏡の鏡面、１０
７……ホーカスレンズ、１０８……ビーム分割
器、１０９……偏光子、１１０……第２シリンド
リカルレンズ、１１１……被走査面、１１２……
検出用集光レンズ、１１３……検出器、１１４…
…比較器、１１５……増幅器。ｅ……変調信号、
ｅ_d……ひずみ信号、Ｅ_R……基準電圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光ビーム源、その光ビーム源からの光ビーム
   を映像信号に応じて変調する主光変調器およびそ
   の主光変調器の出力光ビームを偏向する回転多面
   鏡を備えた光ビームの変調・偏向装置において、
   前記主光変調器により映像信号に応じて位相変調
   または空間的な強度変調を施した出力光ビームの
   すべてを前記回転多面鏡の鏡面に集光して反射さ
   せ、当該回転多面鏡からの反射光ビームの径路中
   に光ビーム分岐器を介挿して分岐した当該反射光
   ビームを光電変換して形成した電圧信号と所定の
   基準電圧との差信号を前記光ビーム源と前記主光
   変調器との間に介挿した補正用光変調器に負帰還
   して前記光ビーム源からの光ビームに当該差信号
   に応じた強度変調を施すとともに、前記光ビーム
   分岐器により分岐した残余の前記反射光ビームの
   径路中に位相変調または空間的な強度変調された
   反射光ビームを強度変調に変換する光学素子を介
   挿したことを特徴とする光ビームの変調・偏向装
   置。