專利名稱：調(diào)制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于激光射線的調(diào)制設(shè)備，包括至少一個調(diào)制裝置，能至少部分改變經(jīng)過該調(diào)制設(shè)備的激光射線。
這種類型的調(diào)制設(shè)備長久以來就是已知的。它能在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中使用。這里例如提及激光打印機，激光電視機或者用激光進(jìn)行的工件加工裝置。
典型的在現(xiàn)有技術(shù)中使用的調(diào)制裝置是所謂的GLV調(diào)制器。這種GLV調(diào)制器是反射工作的。在它的反射表面上具有大量平行地相鄰設(shè)置的橋狀部分，它們能對激光射線進(jìn)行反射。其中每一個部分能根據(jù)需要進(jìn)行傾斜。通常調(diào)制過程通過以下的方法進(jìn)行，即兩個緊挨的部分會被不同地傾斜，或者其中一個被傾斜而另一個保持原先的位置。這樣通過兩個緊挨的部分的不同傾斜能夠使在這些部分上出現(xiàn)的相鄰的部分射線之間產(chǎn)生很小的相差。這個相差通過在調(diào)制器范圍內(nèi)的直接干涉能夠?qū)е卤徽{(diào)制器反射的光線的傳播特性能夠根據(jù)需要發(fā)生改變。
事實上其缺點是必須使用具有高度相干性的光。通常由于這種類型的激光二極管的單個發(fā)光源在發(fā)光源的排列方向(慢-軸)上的擴展，這種光特別是在激光二極管上是無法得到的。另外一個缺點是通過前面提到的從一個激光二極管射出的光線的特征，通常會有超過兩個相鄰的部分，特別是四個或者六個相鄰的部分被照亮，因此這種類型的調(diào)制裝置的分辨率非常差。另外，當(dāng)使用激光二極管或者激光二極管堆作為激光源時，在GLV調(diào)制器的相應(yīng)部分區(qū)域的彼此傾斜相鄰的部分以及未彼此傾斜相鄰的部分的各狀態(tài)之間不能被很好地區(qū)分開。
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種如前面所述類型的調(diào)制設(shè)備，它被有效地設(shè)計，特別是在使用激光二極管或者激光二極管堆作為激光源的時候。
根據(jù)本發(fā)明這將通過權(quán)利要求1中的區(qū)別技術(shù)特征來實現(xiàn)。
根據(jù)權(quán)利要求1，該調(diào)制設(shè)備包括光束分離裝置，它可以將激光射線分成至少兩個分光束，該設(shè)備還在所述光束分離裝置后面的光束的傳播方向上設(shè)置了一個光束合成裝置，它可以將至少兩個分光束重新合成到一起，并且在所述光束分離裝置和光束合成裝置之間設(shè)置了至少一個調(diào)制裝置，所述分光束中的至少一個能夠被所述至少一個調(diào)制裝置改變，使得由光束合成裝置或者光束合成裝置的區(qū)域內(nèi)合成的激光射線至少在一個給定的空間范圍內(nèi)根據(jù)至少兩個分光束的干涉來實現(xiàn)需要的調(diào)制。這種裝置的優(yōu)點是通過將光束劃分成兩個彼此相對應(yīng)的分光束，使調(diào)制的品質(zhì)和分辨率與所使用的激光射線的相干性無關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，激光射線至少以分段的方式在與中部傳播方向垂直的第一個方向上具有一個較大的發(fā)散度，它大于在與平均傳播方向及第一個方向都垂直的第二個方向上的發(fā)散度，其中在第一個方向上實現(xiàn)分光束的分離。特別在使用激光器二級管的時候，第一個方向?qū)?yīng)于快-軸的較大的發(fā)散度，而第二個方向?qū)?yīng)于慢-軸的較小的發(fā)散度。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明在第一個方向上、并且在快-軸的方向上實現(xiàn)光束分離時，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的分光束在快-軸方向上的改變，這樣在快-軸方向上還要額外利用激光射線的較大的相干性。
可以使用棱鏡作為光束分離裝置，特別是至少部分鏡面化的棱鏡，另外還可以使用部分透光的鏡面作為光束分離裝置。
此外還可以使用棱鏡作為光束合成裝置，特別是至少部分鏡面化的棱鏡，另外還可以使用部分透光的鏡面作為光束合成裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，至少一個調(diào)制裝置可以改變至少一個分光束，使得單個或者所有的分光束得到需要的相位偏移，特別是相位偏移為激光射線的半個波長。這里表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)明顯的區(qū)別，在現(xiàn)有技術(shù)中，在一個分光束內(nèi)，相鄰的部分光線會產(chǎn)生相互間的相位偏移。而根據(jù)本發(fā)明，在相同分光束的相鄰部分光線間不會產(chǎn)生相位偏移，而是尤其在兩個分光束中只有一個分光束由調(diào)制裝置產(chǎn)生相位偏移，這樣只有在光束合成裝置上或者在光束合成裝置的部分區(qū)域中或者在光束合成裝置后面兩個分光束重新合并以后才會通過干涉獲得調(diào)制。通過這種方式，在使用反射工作的調(diào)制器，尤其是GLV調(diào)制器作為調(diào)制裝置的情況下，調(diào)制器不再會有兩個或者四個或者六個相鄰的部分去實現(xiàn)一個調(diào)制點或者一個調(diào)制位，而是在優(yōu)選的情況下僅僅用一個單一的元件來實現(xiàn)。通過這種方式，自然可以顯著提高用來對激光射線進(jìn)行調(diào)制的分辨率。
可選地，也可以考慮用透射工作的調(diào)制器作為調(diào)制裝置。
另外還有一種可能性，就是用二維調(diào)制器作為調(diào)制裝置，通過所述二維調(diào)制器投射到其上的激光射線就能在兩個基本上相互垂直的方向上被調(diào)制。通過這種方法，激光射線能夠被調(diào)制成平面的信息，所述平面信息例如在打印過程或類似過程中可以在部分區(qū)域內(nèi)替代逐行掃描。
甚至還可以考慮使用三維的調(diào)制器作為根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制設(shè)備，通過所述三維調(diào)制器投射到其上的激光射線就能在三個基本上相互垂直的方向上被調(diào)制。
根據(jù)本發(fā)明的由光線分離裝置、調(diào)制裝置以及光線合成裝置組成的調(diào)制設(shè)備可以被看作為干涉儀。考慮到由前面所述元件構(gòu)成的系統(tǒng)，適用于本發(fā)明所述調(diào)制設(shè)備的彼此共同已知的干涉儀類型例如可以是Michelson干涉儀。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，在光束的傳播方向上，在光線合成裝置后面設(shè)置有一個光闌，它能根據(jù)所要實現(xiàn)的調(diào)制將部分激光射線進(jìn)行遮蔽。其中可以在光線的傳播方向上，在光闌的前面和/或后面設(shè)置透鏡裝置，特別是柱面透鏡，所述透鏡裝置能將激光射線投射或聚焦到光闌上，和/或?qū)⒕劢购蟮募す馍渚€再次對準(zhǔn)連接到光闌上。由于調(diào)制裝置在光束合成裝置的區(qū)域內(nèi)或者在光線合成裝置后面形成的干涉，能夠允許重新合成的激光射線在某個確定方向上傳播，并且禁止重新合成的激光射線在某個確定方向上傳播。光闌能夠很好地適用于將激光射線中特定的所希望的部分進(jìn)行遮蔽，例如在對邏輯值“0”相應(yīng)的數(shù)字信息的調(diào)制中。同樣可以通過光闌讓激光射線的部分光線通過，來與邏輯值“1”相對應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明激光射線被劃分為分光束，緊接著至少一個分光束根據(jù)所要實現(xiàn)的調(diào)制產(chǎn)生相位偏移，然后分光束被合并，使得通過兩個分光束的干涉就能實現(xiàn)所需要的調(diào)制。通過這種方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員能得出一種方法，通過這種方法能夠通過簡單的裝置實現(xiàn)高分辨率的高效的調(diào)制。特別是能夠通過這種對合成的激光射線的部分光束進(jìn)行上面所述的遮蔽，例如對應(yīng)于邏輯值“0”。另外在激光二極管的激光射線在快-軸的方向上被劃分為兩個分光束的情況下，由于在快-軸方向上引入的相位偏移，可以相對于現(xiàn)有技術(shù)中已知的調(diào)制方法顯著提高調(diào)制的品質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制設(shè)備特別可以用在打印應(yīng)用中。
本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將參考附圖借助于下面的優(yōu)選實施例進(jìn)行清楚的說明。如圖所示

圖1a根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制設(shè)備的側(cè)視圖；圖1b根據(jù)圖1a中的箭頭lb_lb的視圖；圖2a根據(jù)圖1a的調(diào)制設(shè)備在第一種狀態(tài)下的細(xì)節(jié)圖；圖2b根據(jù)圖2a在第二種狀態(tài)下的視圖；圖3a示出了在圖2a中的狀態(tài)下傳播角和強度之間的關(guān)系的示意圖；圖3b與圖3a相對應(yīng)的示意圖，示出了圖2b中的狀態(tài)。
一束投射到根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制設(shè)備上的激光射線1可由一個激光源發(fā)出，所述激光源例如可以由激光二極管來實現(xiàn)，激光源在一個方向上，在圖1a和圖1b中是在X方向上，具有一個相對比較而言擴展了的橫截面，它帶有多個相鄰設(shè)置的、在X方向上延伸的線狀發(fā)射源。另外，作為激光二極管實現(xiàn)的激光源在與之垂直的方向上，即在Y方向上具有很小的擴展，例如為1μm。在這個Y方向上，即被稱為快-軸的方向上，發(fā)散度要比被稱為慢-軸的X方向上要大得多。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制設(shè)備如圖1a和圖1b所示。所述調(diào)制設(shè)備包括光束分離裝置2，它能將入射的激光射線1分為兩個分光束。在圖1a中這個分光過程用任意選出的兩個分光束1a和1b來表示。光束分離裝置2在所示的實施例中由兩個棱鏡2a，2b組成，這兩個棱鏡是一樣的，并且在兩個相應(yīng)的棱鏡短面一側(cè)相疊設(shè)置，例如相互粘合在一起。從圖1a上可以看出，兩個分光束1a，1b分別進(jìn)入光線分離裝置2的兩個相互分隔開的半邊，即進(jìn)入兩個不同的棱鏡2a，2b。在各自的斜邊側(cè)面上進(jìn)行反射以后，會第二次反射到相互粘合的棱鏡短面一側(cè)上。這樣例如可以產(chǎn)生鏡面反射。緊接著分光束從棱鏡2a，2b的斜邊側(cè)面射出，這樣它以與最初傳播方向Z大約相差45度的角度向上或向下偏射。通過這種方式，在圖1a中激光射線被光線分離裝置2劃分為向上和向下的兩個相互分開的分光束。
在圖1a中向上運動的分光束將會被鏡面4反射，使得它以一個和Z方向成-45度角的方向向下反射。這通過作為例子所選出的分光束1清楚地表示出來。向下折射的分光束，如在例子中的分光束1b所表示的，由一個調(diào)制裝置3同樣以一個和Z方向約成45度角的方向向上被反射?？梢允褂美鏕LV調(diào)制器作為調(diào)制裝置3。調(diào)制裝置3特別是在截面方向上，即在圖1b中的X方向上可以具有相鄰設(shè)置的部分5，尤其是橋狀的部分5。這種橋狀的部分5可以將入射到其上的光線進(jìn)行反射，就像例子中對于分光線1b所表示的一樣。特別有這種可能性，即用以下的方式來改變單個橋狀部分5的傾斜角，例如光束1b的光路可以增加或者減去一小段，這個小段例如可以是激光射線的半個波長。單個部分5在圖1b中應(yīng)該在X方向的整個寬度上延伸。這樣可以在X方向的某個特定點處根據(jù)需要來傾斜或者不傾斜相應(yīng)的部分5。通過這種方式能夠使到達(dá)調(diào)制裝置3的激光射線1的分光束按不同的X坐標(biāo)根據(jù)需要提供半波長的相差或者不提供相差。
調(diào)制設(shè)備還包括一個光線合成裝置6，它把從調(diào)制裝置3和鏡面4反射的分光束進(jìn)行合成，這樣重新合成的激光射線1在圖1a和1b中的Z方向的正方向上進(jìn)行傳播。例如可以使用棱鏡作為光線合成裝置6，在其外部的、必要的情況下經(jīng)過鏡面化處理的界面上分光束被按照如下的形式反射，即在反射后分光束在Z方向的正方向上運動，這樣重新合并后的分光束可能對應(yīng)于調(diào)制裝置3的單個部分5的位置產(chǎn)生一個本地的相差，所述相差例如是所使用的激光射線的半個波長。
緊接著光線合成裝置6，在Z方向上一個接一個排列著其柱面軸線在X方向上延伸的柱面透鏡7，一個光闌8和另一個柱面軸線也在X方向上延伸的柱面透鏡9。如在圖1a中顯示的，光闌8被設(shè)置在與柱面透鏡7及柱面透鏡9之間保持一定的距離，恰好等于柱面透鏡7，9的焦距，其中柱面透鏡7和9的焦距等長。因為以這種方式兩個柱面透鏡7，9彼此相距一定間隔地設(shè)置，所述間隔對應(yīng)于兩倍焦距，使得在入射到柱面透鏡7中之前與Z方向平行的激光射線1在從柱面9射出后又與Z方向重新平行了。光闌8由兩個光闌部分8a，8b組成，它們在Y方向上相疊設(shè)置，其中位于它們之間的縫隙在X方向上延伸。在兩個光闌部分8a，8b之間的縫隙基本上準(zhǔn)確地設(shè)置在兩個柱面透鏡7，9的焦線上。
在圖2a，2b中展示的是兩種不同的情況，在第一種情況下，為了對激光射線1所示出的部分進(jìn)行處理，調(diào)制裝置3的相應(yīng)的部分5將會按照如下方式被傾斜，即激光射線1被調(diào)制裝置3所反射的部分和激光射線1由鏡面所4反射的相應(yīng)部分之間有一個λ/2的相差，即所使用的激光射線的半波長。這部分激光射線將會在經(jīng)過光線合成裝置6的重新合成后由于干涉的原因并非精確地在Z方向上傳播。這在圖3a中示出，其中強度I相對于角度θ以任意單位形式出現(xiàn)，其中角度θ表示激光射線1的傳播方向與Z軸之間的夾角。圖3a僅表示了圖解示意圖，它表明激光射線以這種方式相互干涉的部分不會直接在Z方向上傳播。這在圖2a中通過如下方式進(jìn)行闡釋，被透鏡7聚焦的激光射線1在光闌8的區(qū)域內(nèi)，以及在焦平面的區(qū)域內(nèi)，沒有被聚焦到XZ平面上，而是被聚焦在XZ平面的上半部分或者下半部分。由于在光路中加入了光闌8，以這種方式被調(diào)制的激光射線1并沒有向右，即在Z的正方向上射出光闌8。
圖2b和3b示出了部分激光射線1，其中調(diào)制裝置3的相應(yīng)部分5沒有被傾斜，因此激光射線1被調(diào)制裝置3反射的部分沒有發(fā)生相位偏移，這樣在通過光線合成裝置6重新合成以后就不會出現(xiàn)相消的干涉。在這種情況下圖3b清楚地示出了光線的最大傳播出現(xiàn)在Z方向上。這種情況也在圖2b中顯示出來，其中被柱面透鏡7聚焦的激光射線1的焦線基本上位于XZ平面上的光闌8的區(qū)域內(nèi)。這樣就使得激光射線的這部分基本上沒有被光闌8阻擋住，并且在通過第二個柱面透鏡9以后平行于Z軸并且沿Z方向的正方向傳播。
可以使用其他的光線分離裝置來代替光線分離裝置2。這里例如可以使用與光線合成裝置相對應(yīng)的光線分離裝置。同樣還可以使用其他的光線合成裝置來代替光線合成裝置6，例如基本上與光線分離裝置2相對應(yīng)的光學(xué)合成裝置。
還可以使用其他的調(diào)制裝置來代替這里用作調(diào)制裝置的GLV調(diào)制器。特別可以使用能對入射到調(diào)制裝置上的光線進(jìn)行二維調(diào)制的調(diào)制裝置。例如能夠?qū)亩S光源射出的光線，例如激光二極管堆射出的光線進(jìn)行調(diào)制。重要之處僅在于，一個分光束，即特別是在圖1a中向下偏射的分光束，例如所選出的分光束1b，在各個部分段中有一個相位偏移。產(chǎn)生相位偏移的各個部分段能夠通過信息預(yù)先設(shè)定，這些信息能確定激光射線1如何被調(diào)制。這些信息可以是例如打印信息，或者是激光電視機的信息，或者是用來對工件加工的信息或類似信息。
還可以用其他反射調(diào)制裝置來代替鏡面4。這里重要的是，在入射的激光射線1的各個彼此相對應(yīng)的部分區(qū)域之間能產(chǎn)生預(yù)先設(shè)定的相差，這樣各個部分區(qū)域就可以透過光闌8或者被光闌8截止。
上述對根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制裝置的實施方式的描述清楚地表明了根據(jù)發(fā)明的調(diào)制設(shè)備的原理與干涉儀相似。
例如從激光器二級管射出的激光射線1在進(jìn)入調(diào)制設(shè)備之前或者離開調(diào)制設(shè)備之后，或者在調(diào)制設(shè)備的區(qū)域內(nèi)，根據(jù)其快-軸發(fā)散度以及其慢-軸發(fā)散度可以利用現(xiàn)有技術(shù)中已知的裝置進(jìn)行校正。這對于快-軸發(fā)散度為柱面軸線指向X方向的柱面透鏡，對于慢-軸發(fā)散度為柱面軸線指向Y方向的柱面透鏡陣列。
權(quán)利要求
1用于激光射線的調(diào)制設(shè)備，包括至少一個至少能部分改變通過調(diào)制設(shè)備的激光射線(1)的調(diào)制裝置(3)，其特征在于，所述調(diào)制設(shè)備包括光線分離裝置(2)，它能將激光射線(1)劃分為至少兩個分光束，所述設(shè)備還在在光線分離裝置(2)后面的光束傳播方向上包括光線合成裝置(6)，它能將至少兩個分光束重新合成，并且在光線分離裝置(2)和光線合成裝置(6)之間設(shè)置所述的至少一個調(diào)制裝置(3)，使得至少一個分光束能被至少一個調(diào)制裝置(3)以如下的方式改變，即被光線合成裝置(6)或者在光線合成裝置(6)的區(qū)域內(nèi)重新合成的激光射線(1)至少在一個預(yù)定的空間區(qū)域內(nèi)由于至少兩個分光束的干涉而產(chǎn)生所希望的調(diào)制。
2如權(quán)利要求1所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，所述激光射線至少以分段方式在與中部傳播方向(Z)垂直的第一個方向(Y)上具有較大的發(fā)散度，這個發(fā)散度大于在與中部傳播方向(Z)及第一個方向(Y)都垂直的第二個方向(X)上的發(fā)散度，其中激光射線的劃分在第一個方向(Y)上實現(xiàn)。
3如權(quán)利要求1或2任一項所述的裝置，其特征在于，光線分離裝置(2)被設(shè)計為棱鏡，特別是至少部分鏡面化的棱鏡。
4如權(quán)利要求1或2所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，光線分離裝置被設(shè)計為部分通光的鏡面。
5如權(quán)利要求1至4任一項所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，光線合成裝置(6)被設(shè)計為棱鏡，特別是至少部分鏡面化的棱鏡。
6如權(quán)利要求1至5任一項所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，光線合成裝置被設(shè)計為部分通光的鏡面。
7如權(quán)利要求1至6任一項所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，至少一個調(diào)制裝置(3)能按以下的方式將至少一個分光束改變，即得到其至少一個分光束的所希望的相位偏移，尤其是所述相位偏移是激光射線的波長的一半。
8如權(quán)利要求1至7任一項所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，調(diào)制裝置(3)被設(shè)計為反射工作的調(diào)制器，尤其是GLV調(diào)制器。
9如權(quán)利要求1至7任一項所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，調(diào)制裝置(3)被設(shè)計為透射工作的調(diào)制器。
10如權(quán)利要求1至9任一項所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，調(diào)制裝置(3)被實現(xiàn)為二維調(diào)制器，利用該調(diào)制器使得入射到其上的激光射線可以在兩個基本上互相垂直的方向上被調(diào)制。
11如權(quán)利要求1至10任一項所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，光線分離裝置(2)、調(diào)制裝置(3)和光線合成裝置(6)形成了一個干涉儀。
12如權(quán)利要求1至11任一項所述的調(diào)制設(shè)備，其特征在于，在光線傳播方向(Z)上，在光線合成裝置(6)后面設(shè)置了一個光闌(8)，它可以遮蔽與要實現(xiàn)的調(diào)制相對應(yīng)的部分激光射線(1)。
13如權(quán)利要求12所述，其特征在于，在光線的傳播方向(Z)上，在光闌(8)的前面和/或后面設(shè)置了透鏡裝置，尤其是柱面透鏡(7，9)，它可以將激光射線(1)聚焦到光闌(8)上和/或在光闌(8)上對聚焦后的光線再次進(jìn)行校正。
全文摘要
用于激光射線的調(diào)制設(shè)備，包括至少一個調(diào)制裝置(3)，它能至少部分地將通過調(diào)制設(shè)備的激光射線(1)進(jìn)行改變，其中調(diào)制設(shè)備包括光線分離裝置(2)，它能將激光射線(1)分成至少兩個分光束，其中所述設(shè)備在光線分離裝置(2)后面、在光線的傳播方向上包括光線合成裝置(6)，它能將至少兩個分光束重新合成，其中在光線分離裝置(2)和光線合成裝置(6)之間以如下方式設(shè)置至少一個調(diào)制裝置(3)，至少一個調(diào)制裝置(3)能將至少一個分光束按照如下方式改變，即由光線合成裝置(6)合成的激光射線(1)至少在一個預(yù)定的空間范圍內(nèi)由于至少兩個分光束之間的干涉實現(xiàn)所希望的調(diào)制。
文檔編號G02B27/12GK1639610SQ03805036
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月1日
發(fā)明者阿萊克塞·米凱洛夫, 維塔利·利索茲切科 申請人:翰茲-利索茲切科專利管理有限公司及兩合公司