调制设备

本发明涉及一种用于激光射线的调制设备，包括至少一个调制装 置，能至少部分改变经过该调制设备的激光射线。

这种类型的调制设备长久以来就是已知的。它能在不同的应用领 域中使用。这里例如提及激光打印机，激光电视机或者用激光进行的 工件加工装置。

典型的在现有技术中使用的调制装置是所谓的GLV调制器。这 种GLV调制器是反射工作的。在它的反射表面上具有大量平行地相 邻设置的桥状部分，它们能对激光射线进行反射。其中每一个部分能 根据需要进行倾斜。通常调制过程通过以下的方法进行，即两个紧挨 的部分会被不同地倾斜，或者其中一个被倾斜而另一个保持原先的位 置。这样通过两个紧挨的部分的不同倾斜能够使在这些部分上出现的 相邻的部分射线之间产生很小的相差。这个相差通过在调制器范围内 的直接干涉能够导致被调制器反射的光线的传播特性能够根据需要发 生改变。

事实上其缺点是必须使用具有高度相干性的光。通常由于这种类 型的激光二极管的单个发光源在发光源的排列方向(慢-轴)上地扩展， 这种光特别是在激光二极管上是无法得到的。另外一个缺点是通过前 面提到的从一个激光二极管射出的光线的特征，通常会有超过两个相 邻的部分，特别是四个或者六个相邻的部分被照亮，因此这种类型的 调制装置的分辨率非常差。另外，当使用激光二极管或者激光二极管 堆作为激光源时，在GLV调制器的相应部分区域的彼此倾斜相邻的 部分以及未彼此倾斜相邻的部分的各状态之间不能被很好地区分开。

本发明所要解决的问题是提供一种如前面所述类型的调制设备， 它被有效地设计，特别是在使用激光二极管或者激光二极管堆作为激 光源的时候。

根据本发明这将通过权利要求1中的区别技术特征来实现。

根据权利要求1，该调制设备包括光束分离装置，它可以将激光 射线分成至少两个分光束，该设备还在所述光束分离装置后面的光束 的传播方向上设置了一个光束合成装置，它可以将至少两个分光束重 新合成到一起，并且在所述光束分离装置和光束合成装置之间设置了 至少一个调制装置，所述分光束中的至少一个能够被所述至少一个调 制装置改变，使得由光束合成装置或者光束合成装置的区域内合成的 激光射线至少在一个给定的空间范围内根据至少两个分光束的干涉来 实现需要的调制。这种装置的优点是通过将光束划分成两个彼此相对 应的分光束，使调制的品质和分辨率与所使用的激光射线的相干性无 关。

根据本发明的一种优选实施方式，激光射线至少以分段的方式在 与中部传播方向垂直的第一个方向上具有一个较大的发散度，它大于 在与平均传播方向及第一个方向都垂直的第二个方向上的发散度，其 中在第一个方向上实现分光束的分离。特别在使用激光器二级管的时 候，第一个方向对应于快-轴的较大的发散度，而第二个方向对应于慢 -轴的较小的发散度。当根据本发明在第一个方向上、并且在快-轴的 方向上实现光束分离时，同样能够实现对应的分光束在快-轴方向上的 改变，这样在快-轴方向上还要额外利用激光射线的较大的相干性。

可以使用棱镜作为光束分离装置，特别是至少部分镜面化的棱 镜，另外还可以使用部分透光的镜面作为光束分离装置。

此外还可以使用棱镜作为光束合成装置，特别是至少部分镜面化 的棱镜，另外还可以使用部分透光的镜面作为光束合成装置。

根据本发明的一种优选实施方式，至少一个调制装置可以改变至 少一个分光束，使得单个或者所有的分光束得到需要的相位偏移，特 别是相位偏移为激光射线的半个波长。这里表现出与现有技术明显的 区别，在现有技术中，在一个分光束内，相邻的部分光线会产生相互 间的相位偏移。而根据本发明，在相同分光束的相邻部分光线间不会 产生相位偏移，而是尤其在两个分光束中只有一个分光束由调制装置 产生相位偏移，这样只有在光束合成装置上或者在光束合成装置的部 分区域中或者在光束合成装置后面两个分光束重新合并以后才会通过 干涉获得调制。通过这种方式，在使用反射工作的调制器，尤其是GLV 调制器作为调制装置的情况下，调制器不再会有两个或者四个或者六 个相邻的部分去实现一个调制点或者一个调制位，而是在优选的情况 下仅仅用一个单一的元件来实现。通过这种方式，自然可以显著提高 用来对激光射线进行调制的分辨率。

可选地，也可以考虑用透射工作的调制器作为调制装置。

另外还有一种可能性，就是用二维调制器作为调制装置，通过所 述二维调制器投射到其上的激光射线就能在两个基本上相互垂直的方 向上被调制。通过这种方法，激光射线能够被调制成平面的信息，所 述平面信息例如在打印过程或类似过程中可以在部分区域内替代逐行 扫描。

甚至还可以考虑使用三维的调制器作为根据本发明的调制设备， 通过所述三维调制器投射到其上的激光射线就能在三个基本上相互垂 直的方向上被调制。

根据本发明的由光线分离装置、调制装置以及光线合成装置组成 的调制设备可以被看作为干涉仪。考虑到由前面所述元件构成的系统， 适用于本发明所述调制设备的彼此共同已知的干涉仪类型例如可以是 Michelson干涉仪。

根据本发明的一种优选实施方式，在光束的传播方向上，在光线 合成装置后面设置有一个光阑，它能根据所要实现的调制将部分激光 射线进行遮蔽。其中可以在光线的传播方向上，在光阑的前面和/或后 面设置透镜装置，特别是柱面透镜，所述透镜装置能将激光射线投射 或聚焦到光阑上，和/或将聚焦后的激光射线再次对准连接到光阑上。 由于调制装置在光束合成装置的区域内或者在光线合成装置后面形成 的干涉，能够允许重新合成的激光射线在某个确定方向上传播，并且 禁止重新合成的激光射线在某个确定方向上传播。光阑能够很好地适 用于将激光射线中特定的所希望的部分进行遮蔽，例如在对逻辑值“0” 相应的数字信息的调制中。同样可以通过光阑让激光射线的部分光线 通过，来与逻辑值“1”相对应。

根据本发明激光射线被划分为分光束，紧接着至少一个分光束根 据所要实现的调制产生相位偏移，然后分光束被合并，使得通过两个 分光束的干涉就能实现所需要的调制。通过这种方法，本领域技术人 员能得出一种方法，通过这种方法能够通过简单的装置实现高分辨率 的高效的调制。特别是能够通过这种对合成的激光射线的部分光束进 行上面所述的遮蔽，例如对应于逻辑值“0”。另外在激光二极管的激光 射线在快-轴的方向上被划分为两个分光束的情况下，由于在快-轴方 向上引入的相位偏移，可以相对于现有技术中已知的调制方法显著提 高调制的品质。

根据本发明的调制设备特别可以用在打印应用中。

本发明的其他特点和优点将参考附图借助于下面的优选实施例 进行清楚的说明。如图所示：

图1a根据本发明的调制设备的侧视图；

图1b根据图1a中的箭头lb_lb的视图；

图2a根据图1a的调制设备在第一种状态下的细节图；

图2b根据图2a在第二种状态下的视图；

图3a示出了在图2a中的状态下传播角和强度之间的关系的示 意图；

图3b与图3a相对应的示意图，示出了图2b中的状态。

一束投射到根据本发明的调制设备上的激光射线1可由一个激光 源发出，所述激光源例如可以由激光二极管来实现，激光源在一个方 向上，在图1a和图1b中是在X方向上，具有一个相对比较而言扩展 了的横截面，它带有多个相邻设置的、在X方向上延伸的线状发射源。 另外，作为激光二极管实现的激光源在与之垂直的方向上，即在Y方 向上具有很小的扩展，例如为1μm。在这个Y方向上，即被称为快- 轴的方向上，发散度要比被称为慢-轴的X方向上要大得多。

根据本发明的调制设备如图1a和图1b所示。所述调制设备包括 光束分离装置2，它能将入射的激光射线1分为两个分光束。在图1a 中这个分光过程用任意选出的两个分光束1a和1b来表示。光束分离 装置2在所示的实施例中由两个棱镜2a，2b组成，这两个棱镜是一样 的，并且在两个相应的棱镜短面一侧相叠设置，例如相互粘合在一起。 从图1a上可以看出，两个分光束1a，1b分别进入光线分离装置2的两 个相互分隔开的半边，即进入两个不同的棱镜2a，2b。在各自的斜边 侧面上进行反射以后，会第二次反射到相互粘合的棱镜短面一侧上。 这样例如可以产生镜面反射。紧接着分光束从棱镜2a，2b的斜边侧面 射出，这样它以与最初传播方向Z大约相差45度的角度向上或向下 偏射。通过这种方式，在图1a中激光射线被光线分离装置2划分为向 上和向下的两个相互分开的分光束。

在图1a中向上运动的分光束将会被镜面4反射，使得它以一个 和Z方向成-45度角的方向向下反射。这通过作为例子所选出的分光 束1清楚地表示出来。向下折射的分光束，如在例子中的分光束1b 所表示的，由一个调制装置3同样以一个和Z方向约成45度角的方 向向上被反射。可以使用例如GLV调制器作为调制装置3。调制装置 3特别是在截面方向上，即在图1b中的X方向上可以具有相邻设置的 部分5，尤其是桥状的部分5。这种桥状的部分5可以将入射到其上的 光线进行反射，就像例子中对于分光线1b所表示的一样。特别有这种 可能性，即用以下的方式来改变单个桥状部分5的倾斜角，例如光束 1b的光路可以增加或者减去一小段，这个小段例如可以是激光射线的 半个波长。单个部分5在图1b中应该在X方向的整个宽度上延伸。 这样可以在X方向的某个特定点处根据需要来倾斜或者不倾斜相应的 部分5。通过这种方式能够使到达调制装置3的激光射线1的分光束 按不同的X坐标根据需要提供半波长的相差或者不提供相差。

调制设备还包括一个光线合成装置6，它把从调制装置3和镜面 4反射的分光束进行合成，这样重新合成的激光射线1在图1a和1b 中的Z方向的正方向上进行传播。例如可以使用棱镜作为光线合成装 置6，在其外部的、必要的情况下经过镜面化处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方向的正方向上运动， 这样重新合并后的分光束可能对应于调制装置3的单个部分5的位置 产生一个本地的相差，所述相差例如是所使用的激光射线的半个波长。

紧接着光线合成装置6，在Z方向上一个接一个排列着其柱面轴 线在X方向上延伸的柱面透镜7，一个光阑8和另一个柱面轴线也在 X方向上延伸的柱面透镜9。如在图1a中显示的，光阑8被设置在与 柱面透镜7及柱面透镜9之间保持一定的距离，恰好等于柱面透镜7， 9的焦距，其中柱面透镜7和9的焦距等长。因为以这种方式两个柱 面透镜7，9彼此相距一定间隔地设置，所述间隔对应于两倍焦距，使 得在入射到柱面透镜7中之前与Z方向平行的激光射线1在从柱面9 射出后又与Z方向重新平行了。光阑8由两个光阑部分8a，8b组成， 它们在Y方向上相叠设置，其中位于它们之间的缝隙在X方向上延伸。 在两个光阑部分8a，8b之间的缝隙基本上准确地设置在两个柱面透镜 7，9的焦线上。

在图2a，2b中展示的是两种不同的情况，在第一种情况下，为了 对激光射线1所示出的部分进行处理，调制装置3的相应的部分5将 会按照如下方式被倾斜，即激光射线1被调制装置3所反射的部分和 激光射线1由镜面所4反射的相应部分之间有一个λ/2的相差，即所 使用的激光射线的半波长。这部分激光射线将会在经过光线合成装置 6的重新合成后由于干涉的原因并非精确地在Z方向上传播。这在图 3a中示出，其中强度I相对于角度θ以任意单位形式出现，其中角度 θ表示激光射线1的传播方向与Z轴之间的夹角。图3a仅表示了图解 示意图，它表明激光射线以这种方式相互干涉的部分不会直接在Z方 向上传播。这在图2a中通过如下方式进行阐释，被透镜7聚焦的激光 射线1在光阑8的区域内，以及在焦平面的区域内，没有被聚焦到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 路中加入了光阑8，以这种方式被调制的激光射线1并没有向右，即 在Z的正方向上射出光阑8。

图2b和3b示出了部分激光射线1，其中调制装置3的相应部分 5没有被倾斜，因此激光射线1被调制装置3反射的部分没有发生相 位偏移，这样在通过光线合成装置6重新合成以后就不会出现相消的 干涉。在这种情况下图3b清楚地示出了光线的最大传播出现在Z方 向上。这种情况也在图2b中显示出来，其中被柱面透镜7聚焦的激光 射线1的焦线基本上位于XZ平面上的光阑8的区域内。这样就使得 激光射线的这部分基本上没有被光阑8阻挡住，并且在通过第二个柱 面透镜9以后平行于Z轴并且沿Z方向的正方向传播。

可以使用其他的光线分离装置来代替光线分离装置2。这里例如 可以使用与光线合成装置相对应的光线分离装置。同样还可以使用其 他的光线合成装置来代替光线合成装置6，例如基本上与光线分离装 置2相对应的光学合成装置。

还可以使用其他的调制装置来代替这里用作调制装置的GLV调 制器。特别可以使用能对入射到调制装置上的光线进行二维调制的调 制装置。例如能够对从二维光源射出的光线，例如激光二极管堆射出 的光线进行调制。重要之处仅在于，一个分光束，即特别是在图1a 中向下偏射的分光束，例如所选出的分光束1b，在各个部分段中有一 个相位偏移。产生相位偏移的各个部分段能够通过信息预先设定，这 些信息能确定激光射线1如何被调制。这些信息可以是例如打印信息， 或者是激光电视机的信息，或者是用来对工件加工的信息或类似信息。

还可以用其他反射调制装置来代替镜面4。这里重要的是，在入 射的激光射线1的各个彼此相对应的部分区域之间能产生预先设定的 相差，这样各个部分区域就可以透过光阑8或者被光阑8截止。

上述对根据本发明的调制装置的实施方式的描述清楚地表明了 根据发明的调制设备的原理与干涉仪相似。

例如从激光器二级管射出的激光射线1在进入调制设备之前或者 离开调制设备之后，或者在调制设备的区域内，根据其快-轴发散度以 及其慢-轴发散度可以利用现有技术中已知的装置进行校正。这对于快 -轴发散度为柱面轴线指向X方向的柱面透镜，对于慢-轴发散度为柱 面轴线指向Y方向的柱面透镜阵列。