Brevet FR2661992A1 — publié le 19911115

La présente invention concerne un déflecteur acousto- optique Il s'agit d'un composant comportant essentiellement un cristal utilisé comme milieu d'interaction entre une onde ultra-sonore et une onde lumineuse incidente pour diffracter et donc dévier cette onde lumineuse Un tel composant est parfois désigné sous le nom de cellule de Bragg Les applications d'un tel déflecteur sont variées On peut l'utiliser dans le domaine aérospatial On l'utilise aussi comme miroir de déflection dans les imprimantes laser. Un déflecteur acousto-optique, plus précisément, comporte donc un cristal et un transducteur piézoélectrique destiné à être commandé par un générateur de fréquence radio (RF), pour générer une onde ultra-sonore dans le cristal et faire varier son indice de réfraction. 1 Un faisceau lumineux incident donne ainsi naissance dans le cristal à un faisceau diffracté, dans le plan des deux ondes acoustique et lumineuse, dévié d'un angle dépendant de la fréquence de l'onde acoustique Un faisceau diffracté issu d'un faisceau lumineux incident, même si celui-ci est un faisceau parallèle, ne peut pas être focalisé sur un point Un faisceau diffracté par un déflecteur acousto-optique diverge toujours Il est focalisé suivant une tache dont la dimension est limitée, vers le bas, par la diffraction elle-même. Dans le cas de l'application aux imprimantes, les paramètres suivants sont à considérer: longueur d'une ligne d'impression, dimension des éléments d'image, ou pixels, 2 - nombre de pixels par ligne, ou résolution, temps de balayage d'une ligne. La dimension des pixels correspond à la dimension de la tache limitant le faisceau diffracté Le balayage d'une ligne s'effectue par variation de la fréquence acoustique Il faut encore rappeler qu'un faisceau incident ne donne naissance à un faisceau diffracté qu'après que l'onde sonore, dans le cristal, ait traversé le faisceau lumineux incident Il s'agit du temps d'accès aléatoire qui dépend naturellement de l'ouverture du faisceau lumineux incident Enfin, la résolution des imprimantes utilisant un déflecteur acousto-optique est proportionnelle à cette ouverture de faisceau ainsi qu'à la largeur du spectre des fréquences acoustiques, c'est-à-dire de la bande passante acoustique. Ces rappels étant faits, on peut annoncer que le problème, que la demanderesse a cherché à résoudre et qui est à l'origine de son invention, est celui de l'augmentation de la résolution des imprimantes à déflecteur acousto-optique sans augmentation de la durée de balayage de ligne. La présente invention concerne ainsi un déflecteur acousto-optique caractérisé par le fait qu'il comprend, dans un boîtier, une pluralité de cristaux et une pluralité de transducteurs piézoélectriques respectivement associés aux cristaux et destinés à être commandés par un signal RF à fréquence variable pour générer dans les cristaux des ondes ultra-sonores de même fréquence, les cristaux étant alignés selon un axe acoustique pour recevoir globalement un unique faisceau lumineux incident et générer un unique faisceau diffracté et étant espacés entre eux par un intervalle -3 - créant une discontinuité acoustique sans déformer le faisceau lumineux. Optiquement, le déflecteur de l'invention se comporte donc comme un déflecteur de l'art antérieur à un seul cristal, de longueur égale à la somme des longueurs des cristaux du déflecteur proposé, permettant d'augmenter d'autant l'ouverture du faisceau lumineux et donc, dans le cas d'une imprimante, sa résolution Outre le fait que les cristaux disponibles dans le commerce sont limités en longueur, et qu'on ne pouvait donc pas en trouver un de longueur adaptée à la résolution recherchée, et que la largeur du spectre des fréquences acoustiques est aussi limitée, pour des raisons physiques, le mérite de la demanderesse est d'avoir proposé cette discontinuité acoustique qui seule préserve une durée de balayage de ligne tolérable Il ne suffisait pas, en effet, d'allonger la longueur d'un cristal ou d'élargir le spectre des fréquences acoustiques pour résoudre le problème de l'invention. L'idée inventive de la demanderesse a aussi consisté à appréhender le problème non pas du point de vue de la résolution R, mais d'une résolution utile Ru qu'elle a mis en valeur. on a vu plus haut que R est donnée par la relation R = k St F dans laquelle t est le diamètre d'ouverture du faisceau lumineux, ZF est la bande passante acoustique et k un facteur de proportionnalité. Quant à Ru, elle est donnée par la relation -4 - Ru =R ( 1) T = k T f F ( 1) T dans laquelle est le temps d'accès aléatoire et T la durée de balayage de ligne correspondant à la durée de l'excursion de fréquence d'un bout à l'autre du spectre acoustique. La notion de résolution utile Ru s'appuye sur la constatation que le premier point d'une ligne n'est imprimé qu'après un temps t et que la bande passante utile, par conséquent, n'est égale qu'à F ( 1 -t. T L'intérêt de l'invention réside donc dans l'augmentation de l'ouverture du faisceau incident sans augmenter pour autant, grâce aux discontinuités acoustiques, le temps d'accès aléatoire et sans, par conséquent, à avoir à augmenter la période de balayage d'une ligne d'impression A titre d'exemple, quand on utilise deux cristaux identiques, on peut multiplier par deux la résolution. Il faut souligner ici que si la demanderesse a proposé son invention en cherchant à résoudre un problème de résolution d'imprimante, elle n'entend pas pour autant la limiter à une telle application. Dans une forme de réalisation avantageuse du déflecteur de l'invention, les transducteurs sont agencés pour être commandés par un même générateur RF, mais plusieurs générateurs peuvent être aussi utilisés. -5 - De préférence, les transducteurs piézoélectriques des deux cristaux d'extrémité sont associés respectivement à deux faces d'entrée acoustique externes opposées des cristaux. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une des formes de réalisation préférées du déflecteur de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue globale du déflecteur de l'invention et la figure 2 est une vue, à plus grande échelle, du transducteur piézoélectrique associé à l'un des deux cristaux du déflecteur de la figure 1. Le déflecteur, représenté sur les figures, comporte ici deux cristaux 1 et 2 identiques, biseautés, montés tête- bêche avec leurs faces biseautées 3, 4 adjacentes et alignées le long d'un axe acoustique 5 Les cristaux sont espacés d'un intervalle 6 de largeur très faible. Aux deux cristaux 1 et 2 sont associés, par leur face d'entrée acoustique externe 19 ( 20) opposée à la face biseautée, deux transducteurs piézoélectriques 7, 8 reliés, chacun, d'une part, à la masse et, d'autre part, à un générateur radiofréquence 9 à fréquence variable par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation électrique , 11 Les éléments cidessus sont disposés dans un boîtier 12 relié à la masse. Chaque transducteur piézoélectrique 7, 8 est ici en fait disposé entre des couches de collage 13, sur la face d'entrée du cristal associé 1, 2, reliées à la masse, et une électrode externe 14 reliée au générateur RF 9 et -6- délimitant la zone active du transducteur La face biseauté 3, 4 des cristaux 1, 2 est recouverte d'une couche absorbante 15. Les deux cristaux 1, 2 sont disposés pour recevoir globalement un faisceau lumineux incident en forme de pinceau oblong, d'axe 16 perpendiculaire à l'axe acoustique 5, ici dans le plan du dessin de la figure 1 bien que, pour des raisons de compréhension, sa trace 17 sur les cristaux ait été représentée dans le plan de ce dessin. Le générateur 9 est destiné à commander les transducteurs 7, 8 pour générer, le long de l'axe 5, deux ondes ultra-sonores dans les deux cristaux 1, 2 séparés l'un de l'autre du point de vue acoustique grâce à l'intervalle 6, alors que, du point de vue lumineux, ils n'en forment qu'un de longueur double de celle de chacun d'eux En d'autres termes, l'intervalle 6 ne déforme pas le faisceau lumineux 17. Sous l'action des ondes ultra-sonores de même fréquence générées dans les cristaux 1, 2, le faisceau lumineux incident d'axe 16 donne naissance à un unique faisceau diffracté d'axe 18 contenu dans le plan formé par les axes 5 et 16 mais incliné sur l'axe 16, l'inclinaison variant avec la fréquence, variable, du générateur 9. Le déflecteur ainsi décrit se comporte comme un déflecteur à cristal unique, deux fois plus long, pouvant donc recevoir un faisceau lumineux incident d'ouverture double de celle du faisceau que pourrait recevoir individuellement chaque cristal Du fait de la discontinuité acoustique 6, le temps d'accès aléatoire de l'ensemble reste toutefois égal à celui qui serait associé à chaque cristal. -7 - Ainsi, et dans le cas de l'utilisation du déflecteur décrit cidessus comme miroir de balayage d'une imprimante, par exemple une imprimante à faisceau laser, la résolution de celle-ci est doublée, par rapport à celle qui serait définie par un déflecteur à un seul de ces cristaux, sans pour autant avoir à augmenter la période de balayage puisque le temps d'accès aléatoire est conservé. Comme cristaux, on peut considérer, par exemple, des cristaux de paratellurite (Te O 2) ou de molybdate de plomb (Pb Mo O 4). Les essais effectués ont porté sur des cristaux de dimensions 6 x 6 x 12 mm, espacés d'un intervalle d'environ 10 pm, avec un pinceau lumineux de 20 mm d'ouverture On notera que la fonction des faces biseautées 3, 4, en combinaison avec celle des couches absorbantes 15, est d'éviter que les ondes ultra-sonores réfléchies sur ces faces ne perturbent les ondes incidentes génératrices du faisceau lumineux diffracté et ne donnent naissance à une seconde diffraction. L'épaisseur des transducteurs est déterminée en fonction des fréquences d'ultrasons à générer Les dimensions transversales des électrodes externes 14 sont déterminées pour assurer la collimation des ondes acoustiques jusqu'au bout des cristaux, c'est-à-dire jusqu'à leur face biseautée 3, 4, et que la bande passante acoustique puisse être générée dans toute son étendue Un transducteur piézoélectrique possédant une impédance électrique à partie purement capacitive et à partie réelle et imaginaire purement piézoélectrique, le rôle des circuits 10, il est d'adapter l'impédance de la cellule de Bragg, que constitue le déflecteur, à l'impédance du générateur RF 9. -8 - Revendications 1 Déflecteur acousto-optique caractérisé par le fait qu'il comprend, dans un boîtier ( 12), une pluralité de cristaux ( 1, 2) et une pluralité de transducteurs piezoélectriques ( 7, 8) respectivement associés aux cristaux ( 1, 2) et destinés à être commandés par un signal RF à fréquence variable pour générer dans les cristaux ( 1, 2) des ondes ultra- sonores de même fréquence, les cristaux ( 1, 2) étant alignés selon un axe acoustique ( 5) pour recevoir globalement un unique faisceau lumineux incident ( 16) et générer un unique faisceau diffracté ( 18) et étant espacés entre eux par un intervalle ( 6) créant une discontinuité acoustique sans déformer le faisceau lumineux. 2 Déflecteur acousto-optique selon la revendication 1, dans lequel les transducteurs piezoélectriques ( 7, 8) sont agencés pour être commandés par un même générateur ( 9). 3 Déflecteur acousto-optique selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les transducteurs piezoélectriques ( 7, 8) des deux cristaux d'extrémité ( 1, 2) sont associés respectivement à deux faces d'entrée acoustique externes ( 19, 20) opposées. 4 Déflecteur acousto-optique selon l'une des revendications 1 à 3, utilisé comme miroir de balayage d'imprimante.