-
Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befasst sich somit mit der Umlenkung von Strahlen.
-
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen Strahlen in eine bestimmte Richtung gelenkt, d. h. umgelenkt werden müssen. Beispiele hierfür sind beispielsweise optische Abtaster, bei denen ein Strahl über eine Oberfläche laufen soll, um aus dem davon zurücklaufenden Licht Information über die Oberfläche, beispielsweise die Struktur oder Entfernung derselben zu erhalten. Derartige Anordnungen sind im Übrigen nicht nur bei den genannten Vorrichtungen zum Abtasten optischer Flächen erforderlich und sinnvoll, sondern auch auf anderen Gebieten. Nur beispielhaft seien genannt automobile Abstandssensoren, optisch abtastende Messvorrichtungen, Laserscanner an Kassen, Telekommunikationsanwendungen, bei denen ein Eingangsstrahl auf einen bestimmten Ausgang gerichtet werden soll usw.
-
Um bei derartigen Anwendungen Signale nicht nur von einer einzigen Linie zu erhalten, sondern die Oberfläche flächiger, beispielsweise rasterartig abzutasten, ist eine Strahlumlenkvorrichtung erforderlich, mit der ein Strahl in zwei Richtungen umgelenkt werden kann.
-
Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten im Stand der Technik bekannt. So können zwei verstellbare Spiegel im Strahlengang angeordnet werden, die es erlauben, einen Eingangsstrahl zunächst in einer ersten und dann in einer weiteren Richtung abzulenken. Dazu können die Spiegel, gegebenenfalls als Mikrospiegel, auf beweglichen Trägern oder dergleichen angeordnet werden. Durch Bewegung der Spiegel, beispielsweise deren Verkippung, kann dann erreicht werden, dass ein Strahl auf gewünschte Stellen gerichtet werden kann. Nachteilig ist dabei, dass die Strahlumlenkung durch mechanische Bewegungen erzielt wird, was die Umlenkung träge und anfällig macht.
-
Ein Verfahren zur Strahlumlenkung ist auch schon aus der
US 7 008 884 B2 bekannt. Darin wird eine Vorrichtung zum räumlichen Versetzen eine Lichtstrahles vorgeschlagen, die einen Vielschicht-Stapel dünner Filme aus zumindest zwei unterschiedlichen Materialien aufweist, um bei nicht senkrechtem Einfall eines Lichtstrahls einen räumlichen Versatz in Abhängigkeit von der Lichtstrahlwellenlänge zu erzeugen. Die Anordnung kommt ohne mechanisch bewegte Teile aus. Nachteilig daran ist aber, dass die bekannte Anordnung eine Strahlumlenkung nur in einer Richtung erlaubt.
-
Aus der
US 2005/0107773 A1 ist es bekannt, einen in zwei Richtungen zu lenkenden Strahl durch zwei Ablenkspiegel auszurichten.
-
Die
US 2007/0070482 A1 schlägt eine Strahlumlenkung durch Änderung des Anstellwinkels zweier gegeneinander geneigter Fabry-Perot-Filterplatten vor.
-
Die
WO 00/011515 A1 schlägt vor, eine Strahlablenkung durch Mikroprismen-Arrays vorzunehmen, wobei sich der Brechungsindex der Arrays in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Feld ändern soll.
-
Aus der
DE 197 49 799 A1 ist es bekannt, Mikrolinsenraster durch Aktuatoren in zwei zueinander senkrechten Richtungen relativ zueinander zu verschieben und so eine Strahlumlenkung zu erreichen.
-
Die
US 2002/0176076 A1 sieht eine Kombination aus einem akusto-optischen Umlenker und einem galvanometergetriebenen Spiegel vor.
-
-
Gegeneinander mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit drehende mikrooptische Multiplets zur Strahlablenkung sind aus der
US 5 581 408 A bekannt.
-
Aus der
DE 197 52 888 A1 ist es bekannt, eine zweidimensionale Scaneinheit aus zwei einzelnen Linsen aufzubauen, die in jeweils zueinander orthogonalen Richtungen verschieblich sind.
-
Aus der
GB 1 285 999 A ist die Strahlumlenkung in zwei Richtungen unter Verwendung von zwei Pockelszellen bekannt. Die
WO 2004/109225 A1 schlägt die Verwendung eines Mikrolinsenarrays in einem Interferometer vor.
-
Es wäre wünschenswert, eine Strahlumlenkanordnung angeben zu können, die eine andere Strahlumlenkung erlaubt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
-
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit ein Verfahren zum rasterartigen Überstreichen einer Oberfläche mit einem Lichtstrahl vorgeschlagen, wobei ein Lichtstrahl mit zwei Strahlumlenkmitteln längs und quer umgelenkt und damit über nebeneinander auf der Oberfläche liegende Linien geführt wird. Hierbei ist vorgesehen, dass das erste Strahlumlenkmittel dazu ausgebildet ist, einen Lichtstrahl in einer Richtung entlang einer Linie längs streichen zu lassen, der so eine Linie überstreichende Lichtstrahl linienartig über eine Vielzahl von Bereichen geführt wird, die das zweite Umlenkmittel bilden und so gebildet sind, dass mit jedem Bereich Licht bei Überstreichen unterschiedlich zu anderen Bereichen quer umgelenkt wird, und zugleich der über einen Bereich wandernde Strahl während des Überstreichens eines Bereiches unterschiedlich längs abgelenkt wird.
-
Es wurde damit die Erkenntnis umgesetzt, dass einfach durch bereichsweise Ausbildung des zweiten Strahlmittels eine Umlenkung des Strahls in eine zweite Richtung möglich wird, ohne dass dafür eine mechanische Bewegung vorgesehen werden muss. Indem zumindest für das zweite Strahlumlenkmittel eine Gestaltung gewählt wird, die ohne mechanische Bewegungen auskommt, wird der Einsatz des Strahlumlenkmittels unter Bedingungen möglich, bei denen durch Vibrationen usw. erhebliche Beeinträchtigungen auftreten könnten. Nur beispielhaft seien hier genannt Automobilanwendungen und/oder Anwendungen an Fertigungs- und anderen stark vibrierenden oder heftig erschütterten Maschinen. Es sei erwähnt, dass derartige Anwendungen mit der vorliegenden Erfindung ohne weiteres realisierbar sind.
-
Es sei erwähnt, dass eine oder beide Strahlumlenkungen eines Eingangsstrahles mit einer Strahlumlenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung unter Reflexion und/oder unter Transmission vorgenommen werden können.
-
Erfindungsgemäß ist das erste Strahlumlenkmittel dazu ausgebildet, einen Lichtstrahl sukzessive über unterschiedliche Bereiche streichen zu lassen. Die Möglichkeit, den Lichtstrahl sukzessive über Bereiche streichen zu lassen, also längs einer Linie über die Bereiche zu führen, lässt sich besonders einfach realisieren.
-
Eine einfache Umsetzung, die es erlaubt, einen Eingangslichtstrahl linienartig über die unterschiedlichen Bereiche des zweiten Strahlumlenkmittels zu führen, wird erhalten, wenn das erste Strahlumlenkmittel dazu ausgebildet ist, einen Lichtstrahl durch mechanische Bewegung umzulenken. Obgleich hierbei noch eine mechanische Bewegung vorgesehen wird, kann aufgrund des Erfordernisses, nur für eine Richtung eine mechanische Umlenkung vorzusehen, der Gesamtaufbau doch einfach und immer noch mechanisch stabil und damit unempfindlich gegen Vibrationen und Erschütterungen gebildet werden, obwohl eine Umlenkung in zwei Richtungen zur rasterartigen Abtastung einer Fläche ermöglicht wird.
-
Es kann alternativ und/oder zusätzlich vorgesehen werden, dass das erste Strahlumlenkmittel dazu ausgebildet ist, einen Lichtstrahl durch dispersive und/oder refraktive Effekte umzulenken. Es ist dabei zum Beispiel möglich, das Strahlumlenkmittel dispersiv auszugestalten und die Wellenlänge eines Eingangslichtstrahles zu verändern. Die dispersive Ausgestaltung des ersten Strahlumlenkmittels kann beispielsweise vorgesehen werden wie beschrieben in der eingangs erwähnten
US-PS 7 088 884 . Das erste Strahlumlenkmittel kann dafür eine Mehrzahl dielektrischer Schichten umfassen. Andere Möglichkeiten für dispersive Elemente sind einleuchtenderweise gleichfalls realisierbar. Es gibt bereits eine Vielzahl von Lichtquellen, die hinreichend schnell abstimmbar sind und mit einem solchen dispersiven Element verwendet werden können. Die mit den bekannten dispersiven Elementen unter gegebener, also bereits am Anmeldetag möglicher Durchstimmbarkeit erzielbaren Strahlumlenkungen, d. h. der erreichbare Strahlversatz und/oder die erzielbare Winkeländerung eines ausgehenden Strahls, ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ohne weiteres ausreichend.
-
Durch den Verweis auf die bekannten dispersiven Elemente soll nicht ausgeschlossen sein, andere Verfahren der Strahlumlenkung zu realisieren. So wird beispielsweise explizit darauf hingewiesen, dass dort, wo sich optische Eigenschaften eines Materials ändern lassen, anstelle oder zusätzlich zu einer Eingangslichtstrahldurchstimmung auch eine Veränderung der Materialeigenschaften vorgenommen werden kann, um die Strahlablenkung zu erzielen. Es soll auch die Ausnutzung refraktiver und/oder dispersiver Effekte eine zusätzliche Strahlablenkung in im wesentlichen gleicher Richtung durch mechanische Bewegungen nicht ausschließen.
-
Erfindungsgemäß sind die unterschiedlichen Bereiche des zweiten Strahlumlenkmittels dazu angeordnet, einen darüber streichenden Strahl mit von Bereich zu Bereich variierender Komponente quer zur Streichrichtung umzulenken. Es wird also einerseits eine Strahlumlenkung durch die erfindungsgemäße Strahlumlenkvorrichtung entsprechend der Strahlumlenkrichtung durch das erste Strahlumlenkmittel erreicht; durch das zweite Strahlumlenkmittel wird dann von Bereich zu Bereich eine unterschiedliche Querumlenkung erzielt. So kann eine Fläche rasterartig überstrichen werden, indem mit dem ersten Strahlumlenkmittel in einer ersten Richtung eine überstreichende Strahlbewegung erzielt wird und dann durch bereichsweises Anstrahlen des zweiten Strahlumlenkmittels ein Querversatz vorgesehen wird. Damit können mehrere Linien nebeneinander auf einer Fläche abgetastet oder überstrichen werden. Dies wird im Vorliegenden als zweidimensionale Abtastung bezeichnet. Es ist für eine solche nicht zwingend erforderlich, jeden Punkt in der Ebene einzeln anstrahlen zu können. Vielmehr können die durch das zweite Strahlumlenkmittel vorgesehenen Linien in einer – gegebenenfalls geringen – Beabstandung nebeneinander liegen. Dies ist für viele Zwecke ausreichend. Es sei aber darauf hingewiesen, dass, wie das Nachfolgende zeigen wird, die Linien in praktischen Ausführungsformen ohne weiteres sehr eng, also dicht beieinander liegen können. Eine partielle Überlappung der Linien wäre im Übrigen gleichfalls realisierbar.
-
Die Linien brauchen im Übrigen nicht exakt gerade zu sein. Vielmehr ist einzuschätzen, dass unter bestimmten Bedingungen die einzelnen Linien nicht gerade sondern in sich gekrümmt verlaufen können. Auch müssen Linien nicht exakt parallel zueinander verlaufen, sondern können leicht aufeinander zu oder voneinander weg laufen.
-
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, ist es bevorzugt, wenn die unterschiedlichen Bereiche des zweiten Strahlumlenkmittels dazu angeordnet sind, einen darüber streichenden Strahl bereichsweise auf eine einer Mehrzahl parallel zueinander liegender Linien umzulenken. Dies erlaubt in einer Richtung, nämlich entlang der Linien, eine kontinuierliche Abtastung.
-
Die Umlenkung des Strahls, d. h. die gewollte Änderung seiner Ausbreitungsrichtung, kann auf unterschiedliche Weise mit dem zweiten Strahlumlenkmittel erreicht werden. So wäre es ohne weiteres denkbar, dass das zweite Strahlumlenkmittel die Umlenkung durch Beugungseffekte, beispielsweise über unterschiedlich beugende Bereiche, bewirkt. Unterschiede der unterschiedlichen Bereiche können dann unter anderem durch Variationen von Gitterkonstanten, d. h. der Abmessung der beugenden Strukturen, durch unterschiedliches Blazing usw. erzielt werden.
-
Eindeutig bevorzugt ist es aber, wenn das zweite Strahlumlenkmittel Licht unterschiedlich brechende Bereiche aufweist. Hier lassen sich wesentlich besser und einfacher die gewünschten Strahlumlenkungen erreichen.
-
In einer besonders bevorzugten Variante werden die das Licht auf unterschiedliche Weise brechenden Bereiche des zweiten Strahlumlenkmittels mit Linsen gebildet sein. Der erfindungsgemäß gewünschte Querversatz des Strahls relativ zur Überstreichrichtung kann dann beispielsweise dadurch erhalten werden, dass die Linsen die verschiedenen Bereiche bildend und die optischen Achsen jeweils einen unterschiedlichen Querversatz zur Richtung aufweisen, in der durch den vom ersten Strahlumlenkmittel umgelenkten Strahl überstrichen werden. Dadurch, dass dann die Linsen nicht in der optischen Achse, sondern versetzt zu dieser angestrahlt werden, und zwar mit einem von Linse zu Linse wechselnden Versatz, wird der Querversatz erhalten.
-
Die Linsen können einander identisch sein; sie unterscheiden sich dann nur in der Entfernung ihrer optischen Achsen relativ zum Überstreichweg. Wenn die Linsen auf einer Fläche angeordnet sind, wird der Durchstoßpunkt ihrer optischen Achse also jeweils unterschiedlich weit von der Spur entfernt sein, auf der der mit dem ersten Strahlumlenkmittel abgelenkte Strahl verläuft. Als Linsen können insbesondere Mikrolinsen verwendet werden, d. h. Linsen mit einem sehr kleinen Durchmesser. Dies ist vorteilhaft insbesondere dann, wenn wie bevorzugt das erste Strahlumlenkmittel durch ein dispersives Element gebildet ist, da sich mit den bislang verfügbaren bzw. mit vertretbarem Aufwand herzustellenden dispersiven Elementen wie den erwähnten Dünnfilm-Vielschichtstapeln nur begrenzte Strahlumlenkungen erzielen lassen. Durch die Kombination mit geeigneten Linsenanordnungen können dann trotzdem gute Abdeckungen einer Fläche erzielt werden, d. h. es kann auf einer Fläche eine hohe Abtastliniendichte erreicht werden. Es wird einzuschätzen sein, dass das zweite Strahlumlenkmittel entsprechend dem Vorstehenden wenigstens drei Linsen, insbesondere drei Mikrolinsen aufweist und bevorzugt eine noch höhere Linsenzahl realisiert ist.
-
Die Verwendung von Linsen oder anderen refraktiven Strukturen hat den Vorteil, dass die Kompensation von Strahlabbildungsfehlern möglich wird durch einfache Ausgestaltung der Linsen selbst. Es ist daher bevorzugt, wenn die Linsen, insbesondere die Mikrolinsen zur Kompensation von Strahlabbildungsfehlern ausgebildet sind.
-
Wie die Linsen dabei zu formen sind, um eine gewünschte Strahlform am Ausgang respektive auf einer abzutastenden oder anzustrahlenden Stelle zu erhalten, wird typisch anwendungsabhängig sein. So ist einerseits die Form des Eingangsstrahls wichtig, die schon von einer Idealform, beispielsweise einem Gauß'schen Strahlprofil, abweichen kann. Darüber hinaus ist auch die Lage einer abzutastenden Fläche relativ zur erfindungsgemäßen Strahlumlenkung von Bedeutung, soweit eine solche Lage überhaupt sinnvoll definiert werden kann. Daneben ist einsichtig, dass etwa das verwenden einer Linse an Stellen, die bewusst von der optischen Achse abweichen, zu Abbildungsfehlern führen wird, die zudem noch beim Darüberstreichen des Eingangsstrahles variieren können. Derartige Abbildungsfehler lassen sich besonders gut, d. h. mit geringem Aufwand und dennoch weitgehend, mit elliptischen Linsen kompensieren. Es ist daher ganz besonders bevorzugt wenn als Linsen, insbesondere Mikrolinsen, elliptische Linsen verwendet werden. Eine weitere bevorzugte Linsenform sind Zylinderlinsen, insbesondere zylindrische Mikrolinsen.
-
Die Bereiche können klar voneinander getrennt sein. Allerdings ist es nicht zwingend erforderlich, dass etwa einzelne Linsen vollständig voneinander getrennt sind. So wird die Strahlablenkung an einer Linse in deren Randbereichen deutlich größer; wenn dann aber die überstrichene Fläche kleiner bleiben soll und überdies die Genauigkeit der Strahlabtastung für einen gegebenen Einsatzzweck in den Randbereichen nicht mehr gewährleistet ist, wird es möglich, die nicht benötigten Randbereiche, an denen die Linsen aneinander grenzen, wegzulassen, um dadurch eine größere Anzahl von Linsen auf dem selben, durch die Wirkung des ersten Strahlumlenkmittels überstrichenen Weg anzuordnen. So können Linsen oder andere brechende Strukturen quasi fließend ineinander übergehen, wobei gleichwohl noch klar voneinander abgrenzbare Bereiche vorgesehen sein können.
-
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In dieser ist dargestellt durch:
-
1 eine Strahlumlenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
-
2 eine Veranschaulichung der Strahlumlenkung durch das zweite Strahlumlenkmittel,
-
3 verschiedene Ausbildungen des zweiten Strahlumlenkmittels gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Nach 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Strahlumlenkvorrichtung 1 erste und zweite Strahlumlenkmittel 2, wobei das zweite Strahlumlenkmittel Licht unterschiedlich umlenkende Bereiche 2a, 2b, 2c, 2d aufweist und das erste zur sukzessiven Anstrahlung dieser unterschiedlichen Bereiche 2a, 2b, 2c, 2d ausgebildet ist.
-
Die Strahlumlenkvorrichtung 1 dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Abtasten einer Oberfläche durch einen Strahl, der in mehreren, parallel verlaufenden, jeweils Fächer aufspannenden Bahnen über die Oberfläche schweift. Eine solche Anordnung ist beispielsweise einsetzbar für Automobilanwendungen, insbesondere zur Abstandsmessung beim Einparken usw. Hier kann ein Abstand des Automobils zu einer Oberfläche bestimmt werden, der sich das Automobil genähert hat, indem der Strahl über Stellen auf der Oberfläche geführt wird und aus der Stärke der Rückstreuung, dem Winkel der Rückstreuung über Triangulation und/oder der Laufzeit, die beispielsweise durch interferometrische Methoden messbar ist, auf die Entfernung derselben zum Sensor geschlossen wird. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Sensoren für die Lichtdetektion rückempfangbaren Lichtes nicht dargestellt und auch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.
-
Das erste Strahlumlenkmittel der vorliegenden Erfindung ist in 1 ebenfalls nicht dargestellt. Dargestellt sind lediglich die mit dem ersten Strahlumlenkmittel zu unterschiedlichen Zeiten aus einem als räumlich festliegend gedachten Eingangsstrahl erhaltenen umgelenkten Strahlen A bis L, die sukzessive über die unterschiedlichen Bereiche 2a, 2b, 2c, 2d streichen.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der durch das erste Strahlumlenkmittel umgelenkte Strahl aus Gründen der besseren Veranschaulichung ausschließlich parallel versetzt, d. h. es sind mehrere parallele Strahlen dargestellt, die auf das zweite Strahlumlenkmittel fallen. Dies ist aber in der Praxis nicht zwingend erforderlich. Vielmehr wird einzuschätzen sein, dass in einer praktischen Ausführungsform die Bewegung des Strahls durch das erste Strahlumlenkmittel auch einer Schwenkbewegung entsprechen kann. Diese Schwenkbewegung kann eine reale mechanische Schwenkbewegung sein und z. B. durch eine Verkippung eines einen Umlenkspiegel tragenden Armes realisiert sein; die Verwendbarkeit von Piezostellgliedern usw. sei diesbezüglich explizit offenbart. Eine unterschiedliche Strahlneigung zu einer festen Raumachse muss aber auch nicht zwingend durch eine Schwenkbewegung erzielt werden. Vielmehr lassen sich wechselnde Strahlneigungen relativ zu einem festen Eingangsstrahl, gegebenenfalls auch gemeinsam mit einem Strahlversatz, auch durch dispersive Strukturen erhalten, wie beispielhaft beschrieben in „Dispersive Photonic Nanostructures for Integrated Sensors” von M. Gerken und U. Lemmer in Proc. of SPIEE Vol. 6008. Es werden durch Bezugnahme insbesondere die dort gezeigten und diskutierten Möglichkeiten der Strahlumlenkung durch periodische, Chirp-, Resonator- und allgemeine Dünnschichtfilmstapel zu Offenbarungszwecken vollumfänglich eingegliedert. Es sei im Übrigen darauf hingewiesen, dass sowohl die ersten wie auch die zweiten Strahlumlenkmittel wahlweise einzeln und/oder gemeinsam in Transmission und/oder Reflexion verwendbar sind.
-
Die Strahlumlenkvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung dient im vorliegenden Fall zur Umlenkung eines Laserstrahles. Bei Verwendung der bevorzugten dispersiven Strukturen wird dieser in der Wellenlänge durchstimmbar sein.
-
Das zweite Strahlumlenkmittel 2 ist im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Vielzahl von in Transmission verwendeten, nebeneinander angeordneten und zueinander identischen, aber bezüglich ihrer optischen Achsen gegeneinander versetzen Mikrolinsen gebildet.
-
Dargestellt sind im Ausführungsbeispiel von 1 beispielhaft vier getrennte Linsen. Jede dieser Linsen definiert einen der Bereiche 2a, 2b, 2c, 2d. Die Linie, längs welcher der Eingangsstrahl durch das erste Strahlumlenkmittel über diese vier Linsen 2a bis 2d geführt ist, ist in 1 mit Bezugszahl 3 bezeichnet.
-
Die Ansicht von 1 zeigt auch, das die optischen Achsen der einzelnen Linsen gegeneinander versetzt sind, und zwar dergestalt, dass die Linsen 2a, 2b, 2c und 2d jeweils unterschiedliche Abstände zur Linie 3 aufweisen, entlang welcher der durch das erste Strahlumlenkmittel umgelenkte Strahl streicht.
-
Der Versatz der optischen Achsen ist besonders gut in 1 an den Punkten 2a1, 2b1, 2c1, 2d1 zu erkennen, welche die Stellen angeben, an denen die (fiktive) optische Achse die jeweilige Linse durchstoßen würde. Der Abstand der Strahlbahn 3 zu diesen Punkten 2a1, 2b1, 2c1, 2d1 unterscheidet sich von Linse zu Linse.
-
Die Abstände der optischen Achse jeder einzelnen Linse 2a, 2b, 2c, 2d sind dabei so gewählt, dass die Strahlbahn die Linse noch schneidet. Die Bahn des durch das erste abgelenkte Strahlumlenkmittel abgelenkten Strahls bildet somit in der Draufsicht eine Sehne.
-
Nach 1 sind die Linsen herkömmliche halbkonvexe Linsen, die auf einem planen Träger angeordnet sind, durch den der Strahl von hinten durchläuft, um dann unter einem für alle Linsen gleichen Winkel zur jeweiligen optischen Achse in die Linsen einzutreten. Dass sich der Strahl in einem praktischen Ausführungsbeispiel auch innerhalb des Trägers, z. B. durch Totalreflexion ausbreiten kann, sei erwähnt. Dass dann der Winkel des Strahls zu jeder optischen Linse nicht gleich zu sein braucht, ist einsichtig; darauf kann, muss aber nicht, durch die Linsenausgestaltung kompensiert werden.
-
Der Abstand der optischen Achse einer gegebenen Linse zur Bahn 3 des durch das erste Strahlumlenkmittel abgelenkten Strahls führt nun dazu, dass der einfallende Strahl durch die unterschiedlichen Linsen eine unterschiedliche Neigung zur optischen Achse erhält: Je weiter entfernt die optische Achse der Linse von der Strahlbahn 3 ist, desto achsenferner ist der Einfallsstrahl und um so stärker wird der aus der Linse austretende Strahl quer zur Bahn abgelenkt. Mit anderen Worten wird jede Linse einen anderen Querversatz generieren.
-
Die Anordnung wird verwendet wie folgt:
Mit dem ersten Strahlablenkmittel wird ein einzelner Strahl periodisch immer wieder über eine gerade Strecke hinweg bewegt. Entlang der beschriebenen Bahn, die der Strahl abfährt, wird der Träger mit der Linsenreihe als zweites Strahlablenkmittel angeordnet und zwar so, dass alle Linsen vom durch das erste Strahlablenkmittel abgelenkten Strahl überstrichen werden.
-
Dabei wird zunächst die äußerste Linse überstrichen, vgl. 2(I). 2(I) zeigt im wesentlichen das gleiche wie 1, wobei aber bestimmte Strahlen, die aus der äußersten Linse austreten, aus Gründen der Veranschaulichung nunmehr nicht mit einer unterschiedlichen Strichpunktierung usw. gekennzeichnet sind, sondern durch dickere Linienführung besonders hervorgehoben sind. Zudem sind die Bezugszeichen weggelassen.
-
Während der Überstreichbewegung wird der Strahl entfernt von der optischen Achse eintreten, was ihm eine Neigung quer zu dieser verschafft. Zusätzlich wird der Strahl nicht nur quer, sondern auch längs abgelenkt werden, weil der Strahl zunächst nicht nur quer zur Strahlbahnrichtung von der optischen Achse entfernt ist, sondern auch an einem entlang der Bahn weiter von der optischen Achse liegenden Punkt auftrifft. Bei seiner Wanderung über die Linse wird der Querabstand zur optischen Achse und damit die Querablenkung für diese Linse praktisch gleich bleiben. Die Längsablenkung ändert sich jedoch. Sie ist am geringsten an jener Stelle der Strahlbahn, die direkt gegenüber der optischen Achse liegt. Bei Weiterlaufen des Strahls tritt dann neuerlich eine Längsablenkung auf, die jetzt aber in die entgegengesetzte Richtung geht. So wird der Strahl bei Überstreichen der Linse von links nach rechts einerseits quer versetzt, andererseits macht er – weit hinter dem Brennpunkt der Linse, was die typische Anwendung ist – eine Bewegung von rechts nach links.
-
Dann tritt der Strahl auf die nächste Linse über, vgl. 2(II) wo sich die Ablenkung mit geändertem Querversatz wiederholt. Die Ausgangsstrahlen durchlaufen so Abschnitte ABC-DEF-GHI-JKL entsprechend den 2(I) bis 2(IV). Obwohl also die Strahlen A bis L in den Figuren aus Gründen der Veranschaulichung gleichzeitig eingezeichnet sind, wird in der Praxis typisch nur ein Strahl vorgesehen, der die Positionen A bis L nacheinander einnimmt, was übrigens zyklisch geschehen kann.
-
Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann so ein Überstreichen einer Vielzahl von Linien, die parallel zueinander liegen, erreicht werden. Das kann genutzt werden, um Licht in eine gewünschte Richtung zu lenken, wie z. B. bei Telekommunikationsanwendungen sinnvoll, und/oder es kann verwendet werden, um aus den zurücklaufenden, beispielsweise an den jeweiligen Stellen erhaltenen Rückstreuungen/-reflexionen Signale zu gewinnen, die indikativ für Materialeigenschaften und/oder Formen sind.
-
Anders als vorstehend beschrieben, brauchen die Linsen nicht halbkonvex zu sein. So können die Linsen beispielsweise auf einem Träger angeordnete, etwa auch z. B. halbelliptische oder halbzylindrische Linsen sein. Derartige Linsen sind beispielhaft in 3 gezeigt. Die Linsenausrichtung ist dabei so, dass sich eine zumindest partielle Kompensation eines Astigmatismus und/oder Komafehlers ergibt, wie sie durch den achsenfernen Strahldurchtritt auftreten können. Im übrigen sei darauf hingewiesen, dass es nicht zwingend erforderlich ist, die Bereiche durch halbkonvexe, halbzylindrische oder halbelliptische Linsen auf einem Träger zu bilden. Vielmehr wäre es auch möglich, freie Linsen, Prismen oder dergleichen vorzusehen. Allerdings ist es bevorzugt, wenn die Linsen auf einem Träger angeordnet und gemeinsam gebildet werden. Dies ist besonders deshalb von Vorteil, weil so besondere Vorteile durch die Verwendung von dispersiven Strukturen erhalten werden, die als Träger selbst dienen können oder auf der anderen Seite des Trägers angeordnet werden können.
