DE2850374A1

DE2850374A1 - Verfahren zum stabilisieren eines modulierten lichtstrahles

Info

Publication number: DE2850374A1
Application number: DE19782850374
Authority: DE
Inventors: Kyojei Fujisawa; Kiyoshi Maeda
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1979-06-28
Also published as: JPS5474766A; US4221960A; DE2850374C2; GB2022856B; GB2022856A

Description

Verfahren zum Stabilisieren eines modulierten Lichtstrahles

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren der Intensität eines Lichtstrahles, der von einem optischen Modulatorelement moduliert werden soll, und insbesondere ist ein spezielles Anwendungsgebiet der Erfindung bei einer bevorzugten Ausführungsform die Stabilisierung der Intensität eines Lichtstrahles, der von einem Laser emittiert wird und in einem Abtastbelichtungskopf eines Abtastbxldschrexbers benutzt wird, wie z.B. einem Faksimilereproduktionsgerät oder dergleichen, wobei der Strahl durch ein optisches Modulatorelement mit einem akustisch-optischen Kristall moduliert werden soll.

In einem Belichtungskopf für ein Bildabtastreproduktionsgerät und dergleichen wird heutzutage oft eine Laserröhre benutzt, und zwar wegen ihrer großen Helligkeit, weil sie monochromatische Strahlung aussendet, wegen der Parallalität des Strahles usw. Ein akustisch-optisches Modulatorelement ist als optisches Modulatorelement für einen Laserlichtstrahl entwickelt worden. Deshalb ist ein Belichtungskopf mit einer Kombination aus einer Laserröhre und einem akustisch-optischen Modulatorelement entwickelt worden.

Bei einem solchen Belichtungskopf ändert sich jedoch die Intensität des Laserstrahles aus der Laserröhre über eine ziemlich lange Zeit, und deshalb verändert sich dann auch die Intensität des Lichtstrahles nach der Modulation zum Drucken. Um diesen Nachteil zu überwinden, sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, g _Q g g ₂ β / Q ₆ 3 9

Bei einem herkömmlichen Stabilisierungsverfahren ist ein Teil des Lichtstrahles erfaßt worden, nachdem der Lichtstrahl moduliert worden ist, und zwar durch ein photoelektirsches Element, und das erfaßte Signal wird über eine Treiberschaltung für das akustisch-optische Element zu letzterem zurückgeführt. Somit wird der Lichtstrahl durch eine Rückkopplungsschleife stabilisiert, die eine photoelektrische Schaltung und eine Treiberschaltung aufweist.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines solchen bekannten Stabilisierverfahrens gezeigt. Ein aus einem Laser 1 erzeugter Laserstrahl fällt auf ein akustisch-optisches Modulatorelement 2 und wird darin entsprechend Bidsignalen moduliert, welche durch Abtasten eines Orginalbildes erhalten werden. Während der modulierte Laserstrahl auf ein photoempfindliches Material zur Aufzeichnung des Reproduktionsbxldes projiziert wird, wird ein Teil desselben durch ein Strahlspaltgerät 3 abgetrennt und zu einem Lichtdetektor 4 geschickt, wie z.B. einem photoelektrischen Element. Das von dem Lichtdetektor 4 erzeugte Signal wird zu einer Betriebsschaltung 5 geführt und dort mit dem Bildsignal verglichen, um die Intensitätsänderung des Laserstrahles zu erfassen, wodurch ein Korrektursignal erhalten wird, welches um einen Betrag korrigiert ist, der der Intensitätsänerung des Laserstrahls entspricht. Das Korrektursignal aus der Betriebsschaltung 5 betätigt einen Treiberverstärker für das optische Modulatorelement 2, der es in einer solchen Weise betreibt, daß der modulierte Laserstrahl stabilisiert wird.

909826/0639

Weil jedoch in diesem bekannten Fall das Ultraschallwellensignal, welches sich in dem akustisch-optischen Kristall fortpflanzt bzw. ausbreitet, entsprechend dem Bildsignal eine Zeitverzögerung hat (gewöhnlich einige Mikrosekunden), wenn der Betrag der Rückkopplung des Korrektursignals ansteigt, wird in einem Frequenzbereich, in welchem die Periode der Ultraschallwelle kleiner ist als die Zeitverzögerung, die negative Rückkopplung oft eine positive Rückkopplung, und zwar wegen der Phasenverzögerung des Rückkopplungssignals. Dies bedeutet, daß der Betrag der zu dem akustisch-optischen Modulatorelement 2 zurückgeführten Kopplung beschränkt werden muß.

Wenn außerdem die Lichtachse des Lichtdetektors 4 verändert wird, wird der Rückkopplungsbetrag wesentlich geändert. Bei dem herkömmlichen Verfahren würde diese Veränderung durch eine optische oder eine elektrische Einstellung korrigiert, und dadurch ist der Rückkopplungsbetrag vor der Änderung wieder hergestellt worden. Weil das Steuersystem für die Stabilisierung des modulierten Laserstrahles jedoch als eine Rückkopplungsschleife gebildet ist, sind seine Komponenten eng aufeinander bezogen, und somit ist eine Einstellung unvermeidlich kompliziert.

Bei einem weiteren herkömmlichen Verfahren zur Stabilisierung des modulierten Laserstrahles wird die Änderung der Intensität des Laserstrahles benutzt, welcher über eine ziemlich lange Zeit auftritt. Das heißt, ein ND-Filter wird auf einer Drehscheibe befestigt, und der Lagerstrahl wird dort hindurchgelassen. Verschiedene Teile des ND-Filters haben unterschiedliche Dichten, so daß bei Reduzierung der Intensität des La-

9 0 9826/0639

serstrahles die Scheibe so gedreht werden kann, daß eine weniger dichter Teil derselben in den Strahlengang gebracht wird, wodurch sichergestellt wird, daß der Betrag oder die Menge des durchgelassenen Lichtes konstant gehalten wird.

Bei einem weiteren anderen, herkömmlichen Verfahren wird die Änderung der Intensität des Laserstrahles zunächst durch ein optisches Modulatorelement korrigiert, welches zu diesem Zweck allein benutzt wird, und dann wird der korrigierte Laserstrahl durch das optische Hauptmodulatorelement entsprechend den Bildsignalen moduliert. Dies bedeutet aber einen hohen Kostenaufwand; denn ^s müssen zwei optische Modulatorelemente vorgesehen werden.

Die bekannten, oben beschriebenen Verfahren sind zwar wirksam, sie haben aber Nachteile, wie z.B. hohe Kosten, schlechte Anwendung im Hochfrequenzbereich usw.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Stabilisierung der Intensität eines Lichtstrahles, welches die vorgenannten Nachteile nicht mehr hat, wobei eine leichte Einstellbarkeit gegeben ist.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen für die Stabilisierung der Intensität eines Lichtstrahles, der von einer Lichtquelle emittiert wird und in einem optischen Modulatorelement entsprechend Steuersignalen moduliert wird, wobei vorgesehen ist, daß die Änderung der Intensität des Lichtstrahles vor seinem Eintritt in das optische Modulatorelement erfaßt wird, dementsprechend Korrektursignale erzeugt werden, ein Hochfrequenzträger durch die Korrektursignale in Umkehrphase zur Änderung der Intensität des Lichtstrahles derart amplitu-

909826/06 3.9 " *

denmoduliert wird, daß korrigierte Trägersignale erzeugt werden, die korrigierten Trägersignale von den Steuersignalen derart amplitudenmoduliert werden, daß Modulatorsignale erzeugt werden, und daß der Lichtstrahl von den ModulatorSignalen in dem optischen Modulatorelement moduliert wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Verfahrens zur Stabilisierung eines modulierten Laserstrahls, Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Stabilisierung eines modulierten Laserstrahles gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Ansicht von Signalen bei dem Verfahren nach Fig. 2 und

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Signals mit Darstellung der Intensität des modulierten Laserstrahles, bei welchem das Signal, welches erfindungsemäß korrigiert ist, durch gestrichelte Linien gezeigt ist, während dasjenige Signal, welches erzeugt würde, wenn das erfindungsgemäße Verfahren für die Korrektur nicht verwendet würde, in gestrichelten Linien gezeigt ist.

In Fig. 2 ist im Blockdiagramm ein Verfahren zur Stabilisierung eines modulierten Laserstrahles gemäß der Erfindung gezeigt.

Ein von einem Laser 1 emittierter Laserstrahl fällt auf ein akustisch-optisches Modulatorelement 2 über einen Strahlspalter 3, durch welchen ein Teil des Laserstrahles abgeteilt wird

309826/0639

und fällt in einen Lichtdetektor 4 ein, in welchem ein Detektorsignal erzeugt wird, welches die Änderung der Intensität des Laserstrahles gemäß Darstellung in Fig. 3 (a) zeigt.

Dieses Detektorsignal wird zu einer Detektorschaltung 7 geführt, in welcher ein Korrektursignal zur Korrektur der Lichtintensität erzeugt wird, d.h. ein Signal, welches die Veränderung der Lichtintensität um einen gewissen Mittelwert herum darstellt, wobei dieses Signal derart erzeugt wird, daß es eine umgekehrte Phase zu der Änderung der Intensität des Laserstrahles hat.

Dieses Korrektursignal wird zu einem Vervielfacher 9 gegeben zusammen mit einem Hochfrequenzsignal, das von einem Hochfrequenzoszillator 8 erzeugt wird. Hier wird das Hochfrequenzsignal von dem Korrektursignal amplitudenmoduliert, und es wird ein korrigiertes Trägersignal erzeugt, wie es in Fig. 3 (c) gezeigt ist.

Dieses korrigierte Trägersignal wird in den im Ausgleich befindlichen (balanced) Modulator 10 gegeben und wird dort von einem Bildsignal, wie es z.B. in Fig. 3 (d) gezeigt ist, amplitudenmoduliert. Hierdurch wird ein Modulatorsignal erzeugt, wie es in Fig. 3 (e) gezeigt ist, welches dann dem akustischoptischen Modulatorelement 2 über einen Hochfrequenztreiberverstärker 11 zugeführt wird, wodurch der Laserstrahl moduliert wird, der in das Modulatorelement 2 einfällt. Somit wird ein Reproduktionsbild auf einem photoempfindlichen Material entsprechend den Bildsignalen durch den modulierten Laserstrahl aufgezeichnet.

909826/0639

In Fig. 4 ist die Intensität des korrigierten Laserstrahles, der in dem akustisch-optischen Modulatorelement 2 moduliert ist, mit den ausgezogenen Linien gezeigt, und diejenige Intensität, welche der Strahl hätte, wenn keine Korrektur aufgebracht worden wäre, ist durch die gestrichelte Linie gezeigt.

Aus der vorstehenden Beschreibung versteht man leicht, daß erfindungsgemäß der Laserstrahl, der durch das akustisch-optische Modulatorelement moduliert ist, eine sehr gut dem Bildsignal entsprechende Intensität hat, wobei Fehler infolge der Veränderung des Laserausgangs eliminiert sind. Da ferner gemäß der Erfindung bei dem Stabilisiersystem keine Rückkopplungsschleife vorgegeben ist, die ein akustisch-optisches Modulatorelement mit einer recht großen Verzögerungszeit aufweist, kann der Laserstrahl bis zu so hohen Frequenzen stabilisiert werden, wie es im Hinblick auf die Frequenzeigenschaften des Lichtdetektors praktikabel ist.

Änderungen im Rahmen der Erfindung sind z.B. bei einer anderen Ausführungsform die, daß man den Laserstrahl benutzen könnte, der rückwärts aus der Laserröhre 1 emittiert wird, und zwar für den Eintritt in den Lichtdetektor. Dies ist in Fig. 2 durch zwei gestrichelte Linien gezeigt, und bei dieser Figur ist die alternative Position des Lichtdetektors mit 4a bezeichnet. In diesem Falle braucht man keinen Strahlspalter, wie z.B. das Gerät 3, zu verwenden, und deshalb ist dieses Element bei dieser Ausführungsform weggelassen.

Verschiedene andere Modifikationen sind auch möglich. Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsforrn ein akustisch-optisches

909826/0639

Modulatorelement verwendet worden ist, gibt es natürlich auch andere Möglichkeiten. Es ist daher erwünscht, daß die Zeichnungen keine Beschränkungen der Erfindung aufgeben, und auch die Ausführungsformen sind nur zwecks Darstellung beschrieben.

909826/0639

L e e r s e i t e

Claims

Dr. Hans-Heinrich Willrath t _D - 6200 Wiesbaden 1 20.11.19 7

Dr. Dieter Weber Postfach 6145

Dipl.-Phys. Klaus Seirrert / # [■, y 3 7 4 %■ p«21)^₂₇₂₃

"-"*■" TelL^rammadres.e: WILLPATENT

PATENTANWÄLTE _{TeIcx: 4}._ls6247

Dainippon Screen Seizo Kabushiki

Kaisha, 1-1 Tenjin-kitamachi, Tera-

nouchi-agaru 4-chome, Horikawa-dori,

Kamigyo-ku, Kyoto-shi, Japan

Verfahren zum Stabilisieren eines modulierten Lichtstrahles

Priorität: Japanische Patentanmeldung Nr. 52-142507 vom 28. November 1977

Patentanspruch

Verfahren zum Stabilisieren der Intensität eines Lichtstrahles, der von einer Lichtquelle emittiert wird und entsprechend Steuersignalen in einem optischen Modulatorelement moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Inten-

909826/0639

Postscheck. Frankfurt/Main 67 63-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr. 276 807

sitatsänderung des Lichtstrahles erfaßt wird, bevor er in das optische Modulatorelement eintritt, und daß Korrektursignale entsprechend erzeugt v/erden, daß ein Hochfrequenzträger durch die Korrektursignale in umgekehrter Phase zur Iηtensitatsänderung des Lichtstrahles derart amplitudenmoduliert wird, daß korrigierte Trägersignale erzeugt werden, daß die korrigierten Trägersignale durch die Steuersignale derart amplitudenmoduliert werden, daß Modulatorsignale erzeugt werden, und daß der Lichtstrahl durch die Modulatorsignale in dem optischen Modulatorelement moduliert wird.

909826/0639