DE1447283B2

DE1447283B2 - Digital beam deflection system

Info

Publication number: DE1447283B2
Application number: DE19631447283
Authority: DE
Inventors: Terence John Morristown N.J. Nelson (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1962-11-26
Filing date: 1963-10-23
Publication date: 1970-11-05
Also published as: GB1071911A; DE1285531B; DE1447283A1; SE321950B

Description

ι 2ι 2

Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Strahl- ter Lichtstrahl in diskreten Schritten dadurch abge-The invention relates to a digital radiator light beam in discrete steps thereby separated

ablenksystem für Lichtstrahlen. lenkt, daß seine Polarisation in einer Vielzahl diskre-deflection system for light beams. directs that its polarization in a multitude of discre-

Die Geschwindigkeit, mit der ein Lichtstrahl abge- ter Stellen oder Stufen moduliert und der Strahl inThe speed at which a beam of light modulates isolated spots or steps and the beam moves into

lenkt werden kann, macht ihn zu einem idealen Mit- jeder Stufe um einen oder beide von zwei diskretencan be steered, makes it an ideal one with each level by one or both of two discrete

tel zur Übertragung und Umsetzung von Informatio- 5 differentiellen Beträgen verschoben wird, die den zu-tel for the transfer and implementation of information 5 differential amounts that correspond to the

nen. Ein solcher Strahl kann mechanisch abgelenkt einander senkrechten Polarisationen seiner Energienen. Such a beam can mechanically deflect mutually perpendicular polarizations of its energy

werden oder vorteilhafter mit Hilfe von Polarisations- in dieser Stufe entsprechen. Jede der beiden differen-or more advantageously with the help of polarization at this stage. Each of the two different

filtern oder Vorrichtungen, die den Winkel der PoIa- tiellen Verschiebungen in jeder Stufe ist für diesefilter or fixtures that change the angle of the poIa- tical shifts in each stage for this

risation des Strahls ändern, um dadurch die Strahl- Stufe kennzeichnend und kann sich von den fürrization of the ray to thereby characterize the ray stage and may differ from the for

ablenkung zu bewirken. io andere Stufen kennzeichnenden differentiellen Ver-to cause distraction. io other stages characterizing differential

Die Verwendung eines polarisierten Lichtstrahls Schiebungen unterscheiden. Bei den speziell darge-The use of a polarized beam of light differs shifts. With the specially

und einer Vorrichtung zur gesteuerten Drehung des stellten Ausführungsformen sind drei oder mehr Ab-and a device for the controlled rotation of the presented embodiments are three or more

Polarisationswinkels des Strahls ist allgemein be- lenkstufen vorgesehen, die jeweils auf die PolarisationThe polarization angle of the beam is generally provided in deflection stages, each based on the polarization

kannt. Beispielsweise beschreibt die britische Patent- der Strahlenenergie anisotrop ansprechende Mittelknows. For example, the British patent describes agents that respond anisotropically to radiation energy

schrift 136 465 eine Vorrichtung zum Steuern der Be- 15 enthalten.Documentation 136 465 contain a device for controlling the loading 15.

lichtung eines fotografischen Films. Die Vorrichtung Insbesondere ist eine Vielzahl einachsiger .doppelweist eine Lichtstrahlquelle sowie zwei Calcit-Pris- brechender Kristalle zum Verschieben eines Lichtmen zur Polarisation bzw. Analysation des Licht- Strahls in einer ersten Ebene um eine Reihe differenstrahls auf. Zwischen den beiden Calcit-Prismen be- tieller Beträge, wenn die Polarisation des Strahls in findet sich eine drehbar gelagerte Halbwellen-Platte. 20 einer ersten Ebene verläuft, sowie zum Verschieben Eine Drehung der Halbwellen-Platte ändert die Licht- des Strahls um eine andere Reihe differentieller Bemenge, die nachfolgend den Analysator passiert, wo- träge, wenn die Polarisation des Strahls in einer zweidurch die Belichtung des Films gesteuert wird. ten, zur ersten Ebene senkrechten Ebene verläuft,exposure of a photographic film. The device in particular is a plurality of uniaxial .double points a light beam source and two calcite pris-breaking crystals to move a light for polarization or analysis of the light beam in a first plane by a number of differenstrahls on. Between the two calcite prisms there are considerable amounts when the polarization of the beam is in there is a rotatable half-wave plate. 20 runs in a first level, as well as for moving A rotation of the half-wave plate changes the light of the beam by a different series of differential amounts, which subsequently passes through the analyzer, meaning if the polarization of the beam is in a two-by-one the exposure of the film is controlled. th, the plane perpendicular to the first plane runs,

Die USA.-Patentschrift 2 705 903 beschreibt eine hintereinanderliegend und abwechselnd mit einer ähnliche Vorrichtung, die als sogenannter elektro- 25 Vielzahl Einrichtungen vorgesehen, welche die PoIaoptischer Verschluß arbeitet. Statt einer mechanisch risation des Strahls unter dem Einfluß von Eingangsdrehbaren Halbwellen-Platte ist hier ein doppelbre- Signalen drehen. Jede polarisationsdrehende Einrichchender Kristall vorgesehen. Durch Anlegen eines ge- tung bildet mit dem nachfolgenden doppelbrechenden eigneten elektrischen Felds an den Kristall wird der Kristall eine binäre Ablenkstufe. Durch Hinterein-Polarisationswinkel des durchlaufenden Lichtstrahls 30 anderschalten von η solcher binärer Stufen kann man geändert und damit, je nach anstehendem Feld, der eine Matrix von 2" Strahlpositionen erhalten. Auf die elektrooptische Verschluß geöffnet oder geschlossen. Energie des Strahls ansprechende Mittel können dann In dieser Patentschrift ist auch die Verwendung eines den Strahl in jeder der Matrixpositionen empfangen, oder mehrerer zusätzlicher doppelbrechender Kri- Ein Vorteil der binären Ablenkstufen besteht darin, stalle beschrieben, die zwischen dem Polarisator und 35 daß die möglichen Ausgangspositionen des Strahls dem Analysator zur Verbesserung der Verschlußwir- begrenzt und für jede gegebene Anfangsposition des kung der Anordnung liegen. Strahls genau festgelegt sind. Wenn infolgedessen derThe US Pat. No. 2,705,903 describes one behind the other and alternating with a similar device, which is provided as a so-called electro-multitude of devices which operate the polyoptical shutter. Instead of a mechanical ization of the beam under the influence of an input rotatable half-wave plate, a double-signal rotation is required here. Each polarization rotating device is provided in the crystal. By applying a signal to the crystal that forms with the subsequent birefringent suitable electric field, the crystal becomes a binary deflection stage. By switching the back-to-back polarization angle of the light beam 30 passing through, η of such binary levels can be changed and thus, depending on the pending field, a matrix of 2 " beam positions can be obtained. The electro-optical shutter is opened or closed This patent also describes the use of one to receive the beam in each of the matrix positions, or of several additional birefringent crises - limited and for any given initial position of the kung of the arrangement. The beam are precisely defined

Bei der Übertragung oder Umsetzung von Infor- Strahl eine Polarisation erhält, die den binären Mögmation ist es vorteilhaft, eine digitale Ablenkung der lichkeiten eines hiervon beaufschlagten Kristalls nicht elektromagnetischen Strahlung zu verwenden. Dies 40 entspricht, wird er unter zwei oder mehreren der trifft insbesondere zu, wenn das Ablenksystem zur möglichen genauen Positionen aufgeteilt. In einigen Verwendung bei einem optischen Speicher ausgelegt Anwendungsfällen der Erfindung hat die Auswahl ist, bei dem Information an ausgewählten transparen- des hellsten Teils des Strahls eine Quantisierungswirten oder lichtundurchlässigen Gebieten einer matrix- kung. Zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten förmigen Anordnung auf einem Informationsträger 45 eines aufgeteilten Strahls existieren ebenfalls,
gespeichert ist. Die bekannten Strahlablenksysteme Ein weiterer Vorteil der binären Ablenkstufen ist befassen sich jedoch nicht mit digitaler Strahlablen- der, daß sie eine höhere Auflösung von bedeutsamen kung, sondern dienen ausschließlich als Licht-Ver- Strahlpositionen als bei analogen Ablenksystemen Schlüsse oder -Modulatoren. möglich machen.When transmitting or converting the information beam, a polarization is obtained that corresponds to the binary possibility, it is advantageous to use a digital deflection of the possibilities of a crystal exposed to it, not electromagnetic radiation. This corresponds to 40, it is among two or more of the applies particularly when the deflection system is divided for possible precise positions. In some cases of application of the invention designed for use in an optical memory, the selection is, in the case of which information is provided on selected transparent, brightest part of the beam, a quantization host or opaque areas of a matrix. There are also numerous other possible uses of a shaped arrangement on an information carrier 45 of a split beam,
is stored. The known beam deflection systems A further advantage of the binary deflection stages is not concerned with digital beam deflectors, that they provide a higher resolution of significant effect, but serve exclusively as light beam positions than in analog deflection systems circuits or modulators. make possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 50 Entsprechend einem Gesichtpunkt der ErfindungIt is an object of the invention to provide a device in accordance with one aspect of the invention

Strahlablenksystem verfügbar zu machen, bei dem die weisen die Kristalle, welche den Strahl in der erstenTo make beam deflection system available, in which the point the crystals, which the beam in the first

Strahlablenkung in digitaler Weise erfolgt. Ebene verschieben, Dicken auf, die voneinander ver-Beam deflection takes place in a digital manner. Move level, thicknesses up that differ from one another

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist schieden sind und insbesondere eine geometrischeThe inventive solution to this problem is different and in particular a geometric one

Gegenstand des Patentanspruchs 1 und nachstehend Progression bilden. Eine einwertige EntsprechungThe subject of claim 1 and below form progression. A monovalent equivalent

an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungs- 55 zwischen den Elementen einer Ausgangsmatrix undwith reference to the embodiment shown in the drawing between the elements of an output matrix and

beispiele beschrieben; es zeigt allen möglichen Kombinationen und Permutationenexamples described; it shows all possible combinations and permutations

F i g. 1 eine halbschematische Ansicht einer bei- einer gegebenen Anzahl binärerer EingangssignaleF i g. 1 is a semi-schematic view of a given number of binary input signals

spielhaften Strahlablenkanordnung, kann dann erzielt werden. Eine einwertige Entspre-playful beam deflection arrangement can then be achieved. A monovalent correspondence

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Aus- chung ist bei Anwendungen wichtig, wo lichtempfind-F i g. 2 A schematic representation of the formation is important in applications where light-sensitive

gangsmatrix der Anordnung nach F i g. 1 und 60 Hche Fernmeldevermittlungseinrichtungen in eineroutput matrix of the arrangement according to FIG. 1 and 60 high telecommunications switching equipment in one

F i g. 3 eine Tabelle zur Darstellung der Entspre- Kreuzpunktmatrix den Strahl in verschiedenen dischung zwischen den Elementen oder Kreuzpunkten kreten Positionen empfangen oder bei Anwendungen, der Ausgangsmatrix nach Fig. 2 und verschiedenen wo die Informationsspeicherpositionen einer Speicher-Permutationen und Kombinationen der Signale der matrix den Strahl in verschiedenen diskreten Posivier Quellen der Anordnung nach Fig. 1, 65 tionen empfangen.F i g. 3 shows a table for the representation of the corresponding cross point matrix of the beam in different directions receive definite positions between the elements or crosspoints or in applications, the output matrix according to FIG. 2 and various where the information storage positions of a storage permutation and combinations of the signals of the matrix the beam in different discrete posivier Sources of the arrangement of Fig. 1, 65 received functions.

F i g. 4 einen Kristall sowie den Strahlengang zur Jedoch können bei bestimmten AnwendungsfällenF i g. 4 a crystal as well as the beam path for However, in certain applications

Erläuterung des Wirkungsprinzips. der Erfindung einige der oben erwähnten KristalleExplanation of the principle of action. of the invention some of the crystals mentioned above

Nach der Erfindung wird im Prinzip ein polarisier- Dicken aufweisen, welche eine mehrwertige Entspre-According to the invention, in principle, a polarizing thickness will have, which has a multivalued correspondence

3 43 4

chung zwischen den Elementen einer Ausgangsmatrix An gegenüberliegenden großen Flächen des Kriin den Kombinationen und Permutationen einer ge- stalls 3 sind lichtdurchlässige Elektroden 4 und 5 begebenen Anzahl binärer Eingangssignale erzeugen. Es festigt. Sie können transparente metallische Filme können damit logische Operationen ausgeführt sein, z. B. aus Gold mit einer Dicke von 50 bis werden. 5 100 Angström. Das Verfahren zur Herstellung der-chung between the elements of a starting matrix at opposite large areas of the Kriin The combinations and permutations of a stall 3 have transparent electrodes 4 and 5 attached Generate number of binary input signals. It solidifies. You can use transparent metallic films logical operations can thus be carried out, e.g. B. made of gold with a thickness of 50 to will. 5 100 angstroms. The process for making the-

Bei der Anordnung nach F i g. 1 wird ein Licht- artiger aufgedampfter metallischer Elektroden ist inIn the arrangement according to FIG. 1 is a light-like vapor-deposited metallic electrode is in

strahl einer Quelle 1 auf einen Weg oder Wege ge- Kapitel IV von »Procedures in Experimental Physics«beam of a source 1 on a path or ways- Chapter IV of "Procedures in Experimental Physics"

richtet, die zu einer oder mehreren Endpositionen in von John Strong, Prentice Hall, 1939, beschrieben,directed to one or more of the end positions described in by John Strong, Prentice Hall, 1939,

der Ausgangsmatrix 22 unter dem Einfluß von Signa- Andererseits können die Elektroden die Form an-the output matrix 22 under the influence of signals. On the other hand, the electrodes can change the shape

len der Quellen 31, 32, 33 und 34 führen. Die io nehmen, wie sie in F i g. 5 der USA.-Patentschriftlen of sources 31, 32, 33 and 34 lead. Take the io as shown in Fig. 5 of the U.S. Patent

Quelle 1 ist so angeordnet, daß der Strahl nachein- 2 467 325 vom 12. April 1949 dargestellt ist, wo sieSource 1 is positioned so that the beam is shown sequentially, 2,467,325 dated April 12, 1949, where it

ander über die binären Strahlablenkstufen 41, 42, aus zwei Gittern aus leitendem Material bestehen,other via the binary beam deflection stages 41, 42, consist of two grids made of conductive material,

43 und 44 übertragen wird, die durch die Signalquel- z. B. metallischen Maschen oder Drähten oder aus43 and 44 is transmitted by the signal source z. B. metallic meshes or wires or from

len 31, 32, 33 und 34 gesteuert werden. Die von den einem metallischen Überzug, der an den großen Flä-len 31, 32, 33 and 34 can be controlled. Those of a metallic coating, which is attached to the large surfaces

erwähnten Quellen gelieferten Signale sind binär, da 15 chen des Kristalls 3 befestigt ist. Die Elektroden 4The signals supplied are binary, since 15 surfaces of the crystal 3 are attached. The electrodes 4

die Erfindung insbesondere für Systeme geeignet ist, und 5 sind durch elektrische Leiter mit der Binär-the invention is particularly suitable for systems, and 5 are by electrical conductors with the binary

bei denen sowohl die Eingangs- als auch die Aus- signalquelle 31 verbunden,in which both the input and the output signal source 31 are connected,

gangssignale in binärer Form vorliegen. Für die Dreheinrichtungen 7, 12 und 17 sind inoutput signals are available in binary form. For the rotating devices 7, 12 and 17 in

Die Quelle 1 liefert einen gerichteten Lichtstrahl, gleicher Weise Elektroden vorgesehen, die durchThe source 1 delivers a directed light beam, similarly provided electrodes, which through

der in der Richtung der X-Achse linear oder eben 20 elektrische Leiter mit den binären Signalquellen 32,the in the direction of the X-axis linear or flat 20 electrical conductor with the binary signal sources 32,

polarisiert ist und der einen Träger für die übertra- 33 und 34 verbunden sind.is polarized and the one carrier for the transmissions 33 and 34 are connected.

genen Informationen darstellt. Die Quelle 1 kann Die Einrichtung für das binäre Ablenken des einen optischen Maser enthalten, der einen intensiven Strahls in jeder Ablenkstufe 41, 42, 43 und 44 bekohärenten Lichtstrahl liefert. Die Kohärenz vergrö- stehen aus den Kristallen 6, 11, 16 und 21. Die Krißert die Lichtwirkung, welche ihrerseits die Auf- 25 stalle 6, 11, 16 und 21 sind doppelbrechende Krilösung vergrößert, die an der Ausgangsmatrix 22 er- stalle, z. B. Calcit-Kristalle, die durch einachsige halten werden kann. Die Frequenz der Quelle 1 polarisationsempfindliche Anisotropie gekennzeichnet braucht nicht im Bereich des sichtbaren Lichtes zu sind. Vorzugsweise haben die Kristalle 6, 11, 16 und liegen, sondern kann auch höher oder niedriger lie- 21 parallele große Flächen, die senkrecht zur Strahlgen, sofern dann diese Strahlung von den nachfolgen- 30 fortpflanzungsrichtung liegen. Die optischen Achsen den Ablenkstufen 41, 42, 43 und 44 ohne übermäßige der Kristalle 6 und 11 sind innerhalb der YZ-Ebene Dämpfung durchgelassen wird. Im allgemeinen nach oben geneigt, d. h. in der positiven Y-Richtung wächst die Auflösung, die man an der Ausgangs- in der Fortpflanzungsrichtung des Strahls. Innerhalb matrix 22 erhält, mit zunehmender Frequenz der der XZ-Ebene, die senkrecht zur YZ-Ebene liegt, Wellenenergie des Strahls der Quelle 1. 35 sind die optischen Achsen der Kristalle 16 und 21 ininformation. The source 1 can be the device for the binary deflection of the contain an optical maser which coherents an intense beam in each deflection stage 41, 42, 43 and 44 Ray of light delivers. The coherence is increased from crystals 6, 11, 16 and 21. The Krissert the light effect, which in turn the stalls 6, 11, 16 and 21 are birefringent kri solution enlarged that arise on the output matrix 22, z. B. Calcite crystals by uniaxial can be held. The frequency of the source 1 marked polarization-sensitive anisotropy does not need to be in the range of visible light. Preferably the crystals have 6, 11, 16 and but can also lie higher or lower. if this radiation is then from the following direction of propagation. The optical axes the deflection stages 41, 42, 43 and 44 without excessive crystals 6 and 11 are within the YZ plane Attenuation is let through. Generally sloping upward, i. H. in the positive Y direction the resolution that is obtained at the exit in the direction of propagation of the beam increases. Within matrix 22 receives, with increasing frequency that of the XZ plane, which is perpendicular to the YZ plane, Wave energy of the beam from source 1. 35 are the optical axes of crystals 16 and 21 in

Die binären Ablenkstufen 41, 42, 43 und 44 ent- der positiven X-Richtung in der Fortpflanzungsrichhalten je Mittel, um die Polarisationsebene des Strahls tung des Strahls geneigt. Es werden gleiche schiefe der Quelle 1 zu drehen, ferner Mittel, um den Strahl Winkel zur Fortpflanzungsrichtung des Strahls bein binärer Weise abhängig von der Polarisation des nutzt, um die Größe der Ablenkung entsprechend der Strahls abzulenken. Die Einheiten sind so hinterein- 40 Polarisation des Strahls und der Dicke der verschieandergeschaltet, daß sie den Strahl nacheinander in denen Kristalle veränderlich zu machen. Es sei jeder angegebenen Reihenfolge unterbrechen. doch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die An-The binary deflection stages 41, 42, 43 and 44 correspond to the positive X direction in the direction of propagation each means inclined to the plane of polarization of the beam direction of the beam. It will be the same crooked of the source 1, further means for making the beam angle to the direction of propagation of the beam binary way depending on the polarization of the uses to adjust the size of the deflection according to the Deflect the beam. The units are connected in such a way that the polarization of the beam and the thickness of the that they successively make the ray changeable in which crystals. Let it be everyone interrupt the specified sequence. but notes that the invention does not apply to the

Der als Polarisationsdreheinrichtung dienende wendung von gleichen schiefen Winkeln beschränktThe turn serving as a polarization rotator is limited by the same oblique angles

Polarisationsmodulator 2 der Stufe 41, der Polarisa- ist.Polarization modulator 2 of stage 41, which is Polarisa-.

tionsmodulator 7 der Stufe 42, der Polarisations- 45 Die Bedeutung der optischen Achsen und ihrer in modulator 12 der Stufe 43 und der Polarisations- F i g. 1 dargestellten speziellen Orientierungen sind modulator 17 der Stufe 44 können z. B. Faraday- später vollständiger erklärt. Diese Orientierungen Dreheinrichtungen sein, die auf magneto-optischen sind für einen negativen einachsigen Kristall, wie CaI-Effekten beruhen. Weiterhin können sie Halbwellen- cit, geeignet, wenn der Weg des nichtabgelenkten platten sein, welche auf einem elektro-optischen 50 Strahls der Quelle 1 das Element d der Ausgangs-Effekt beruhen, der unter dem Einfluß von Halb- matrix 22 schneidet, wie es in F i g. 2 angegeben ist. Wellenspannungen der Binärsignalquellen 31, 32, 33 Die Dicke der Kristalle, z. B. der Kristalle 6 und und 34 induziert wird. Im letzteren Falle, der in 11, mit ihren optischen Achsen in der YZ-Ebene F i g. 1 dargestellt ist, können die Teile 3, 8, 13 und nimmt geometrisch zur Quelle 1 hin zu, während die 18 der Dreheinrichtungen 2, 7, 12 und 17 vorteilhaf- 55 Dicke der Kristalle, z. B. der Kristalle 16 und 21, mit ter Kristalle aus Kaliummonophosphat (KDP) oder ihren optischen Achsen in der XZ~Ebene zur Quelle 1 Ammoniummonophosphat (ADP) sein. Ihre norma- hin in einer anderen geometrischen Progression zulen optischen Achsen liegen auf der Z-Achse, der nimmt, d. h. der Kristall 6 hat die doppelte Dicke wie Strahlfortpflanzungsrichtung in F i g. 1, während ihre der Kristall 11, während der Kristall 16 die doppelte induzierten optischen Achsen in der XY-Ebene unter 60 Dicke des Kristalls 21 hat. Diese Anordnung ermögeinem Winkel von 45° zur Polarisation des Strahls licht eine Änderung der Signale der Quellen 31, 32, liegen, um eine Drehung der Strahlpolarisationsrich- 33 und 34, die zum Erhalt einer zeilenweisen Abtung zwischen zueinander senkrechten Richtungen zu tastung der Ausgangsmatrix 22 am wirtschaftlichsten ermöglichen. Diese induzierten optischen Achsen ist, wobei die Abtastung später vollständiger bewerden unter dem Einfluß von Halbwellenspannun- 65 schrieben wird. Jede andere Anordnung der Krigen der Quellen 31, 32, 33 und 34 durch elektrische stalle 6, 11,16 und 21 ist ebenfalls zur Durchführung Felder parallel zur Z-Achse induziert. Die induzierte der Erfindung brauchbar. Es sei dabei bemerkt, daß Anisotropie ist als der lineare Pockel-Effekt bekannt. ähnliche Ablenkungen durch aufeinanderfolgendetion modulator 7 of the stage 42, the polarization 45 The meaning of the optical axes and their in modulator 12 of the stage 43 and the polarization F i g. 1 special orientations shown are modulator 17 of stage 44 can, for. B. Faraday- explained more fully later. These orientations can be rotators that are based on magneto-optical for a negative uniaxial crystal, such as CaI effects. Furthermore, they can be half-wave cit, suitable if the path of the undeflected plates, which are based on an electro-optical beam of the source 1, the element d of the output effect, which intersects under the influence of the half-matrix 22, as it does in Fig. 2 is specified. Wave voltages of the binary signal sources 31, 32, 33 The thickness of the crystals, e.g. B. the crystals 6 and and 34 is induced. In the latter case, the one in FIG. 11, with their optical axes in the YZ plane F i g. 1 is shown, the parts 3, 8, 13 and increases geometrically towards the source 1, while the 18 of the rotating devices 2, 7, 12 and 17 advantageously 55 thickness of the crystals, e.g. B. the crystals 16 and 21, with ter crystals of potassium monophosphate (KDP) or their optical axes in the XZ ~ plane to the source 1 be ammonium monophosphate (ADP). Their normally in a different geometric progression to the optical axes lie on the Z-axis, which increases, ie the crystal 6 has twice the thickness of the beam propagation direction in FIG. 1, while its the crystal 11, while the crystal 16 has the double induced optical axes in the XY plane under 60 thickness of the crystal 21. This arrangement allows an angle of 45 ° to the polarization of the beam to change the signals from the sources 31, 32, to rotate the beam polarization directions 33 and 34, which are used to scan the output matrix 22 to obtain a line-by-line scan between mutually perpendicular directions most economical. This induced optical axis is, the scanning being later assessed more completely written under the influence of half-wave voltages. Any other arrangement of the Krigen of the sources 31, 32, 33 and 34 by electrical stalls 6, 11, 16 and 21 is also induced to carry out fields parallel to the Z-axis. The induced the invention useful. It should be noted that anisotropy is known as the linear Pockel effect. similar distractions from consecutive

5 65 6

Unterschiede in den Winkeln der schiefen optischen ersten Strahls innerhalb des Kristalls 26 gebro-Differences in the angles of the oblique optical first ray broke within the crystal 26

Achsen der Kristalle und nicht in ihren Dicken er- chen wird. Wenn der Kristall 26 ein Calcit-Axes of the crystals and not in their thicknesses. If the crystal 26 is a calcite

reicht werden können. Kristall oder ein anderer sogenannter negativer ein-can be enough. Crystal or another so-called negative one

Die binäre Signalquelle 31 ist in der Lage, wenig- achsiger Kristall ist, wird bewirkt, daß der erste stens zwei Signalwerte zu liefern, von denen der eine 5 Strahl näher der senkrechten Richtung zur optischen eine Polarisation des Strahls an der Ausgangsseite des Achse läuft. Diese Brechung wird an der rechten gro-Modulators 2 erzeugt, die senkrecht zur durch den ßen Fläche umgekehrt, so daß der erste Strahl in anderen Wert erzeugten Polarisation liegt. Bei der einen Weg parallel zu seinem ursprünglichen Weg Anordnung der F i g. 1 sind diese beiden Signalwerte, einläuft. Der zweite Strahl läuft jedoch gerade hin-F₀ und V₁, gleich Null Volt bzw. gleich der Halb- io durch, da seine Polarisationsrichtung nicht schief, Wellenspannung, die für Kaliummonophosphat (KDP) sondern senkrecht zur optischen Achse liegt. Er wird etwa 7 kV, angelegt in der Z-Achse, beträgt. Die nicht abgelenkt, auch wenn seine Fortpflanzungsrich-Quellen 32, 33 und 34 sind in der Lage, Signale der tung schief zur optischen Achse liegt,
gleichen Größe zu liefern. Die Binärsignalquellen 31, Wenn der Kristall 26 ein sogenannter positiver ein-32, 33 und 34 können die in ihren Signalen enthal- 15 achsiger anisotroper Kristall wäre, würde der Strahl tene Information von getrennten Quellen oder, wie so gebrochen, daß er näher zur parallelen Richtung häufig der Fall sein wird, von einer gemeinsamen zur optischen Achse verläuft, wobei sowohl seine Eingangssignalquelle erhalten. Polarisationsrichtung als auch seine Fortpflanzungs-' Die Ausgangsmatrix 22 besteht aus einer Anord- richtung schief zur optischen Achse liegen,
nung lichtempfindlicher Elemente in Spalten und Zei- 20 Es können auch zweiachsige Kristalle verwendet len und ist in F i g. 2 so dargestellt, wie sie von der werden, indem ein derartiger Kristall so orientiert Quelle 1 aus gesehen wird. Obwohl diese Iichtemp- wird, daß seine beiden optischen Achsen in der Ebene findlichen Elemente nicht sämtlich in derselben XY- liegen, die durch die Fortpflanzungsrichtung des Ebene zu liegen brauchen (dargestellter Fall), erhält Lichtstrahls und die optische Achse des einachsigen jedes Element den Strahl der Quelle 1 an einer be- 25 Kristalls, an dessen Stelle er tritt, definiert ist. Eine stimmten der Positionen, auf die die binären Ablenk- seiner optischen Achsen liegt senkrecht zur Fortstufen 41, 42, 43 und 44 den Strahl ablenken können. pflanzungsrichtung des Lichtstrahls, während die Die Elemente können getrennte Informationsaus- andere im schiefen Winkel zur Fortpflanzungsrichgänge darstellen; sie können bei einigen Anwendun- tung des Lichtstrahls liegt.The binary signal source 31 is able to have a few-axis crystal, causing the first to deliver at least two signal values, of which one beam runs closer to the perpendicular direction to the optical one polarization of the beam on the output side of the axis. This refraction is generated at the right-hand gro modulator 2, which is perpendicular to the polarization generated by the ßen surface, so that the first beam lies in a different value. In the case of the one path parallel to its original path arrangement of FIG. 1 are these two signal values. The second beam, however, runs straight through F ₀ and V ₁ , equal to zero volts or equal to the half-io, since its polarization direction is not crooked, wave voltage, which for potassium monophosphate (KDP) is perpendicular to the optical axis. It is about 7 kV applied in the Z-axis. The not deflected, even if its reproductive direction sources 32, 33 and 34 are able to signal the direction is oblique to the optical axis,
same size to deliver. The binary signal sources 31, If the crystal 26 were a so-called positive one-32, 33 and 34 could be the 15-axis anisotropic crystal contained in their signals, the beam would tene information from separate sources or, as refracted, so that it is closer to the parallel Direction will often be the case, runs from a common to the optical axis, both receiving its input signal source. The direction of polarization as well as its propagation.
tion of light-sensitive elements in columns and lines. Biaxial crystals can also be used and is shown in FIG. 2 as they are represented by the source 1 by looking at such a crystal oriented in this way. Although this light senses that its two in-plane optical axes are not all in the same XY , which need to lie through the plane's direction of propagation (illustrated case), the light beam and the optical axis of the uniaxial each element receives the beam the source 1 is defined on a be 25 crystal, in whose place it occurs. One of the positions to which the binary deflection of its optical axes is perpendicular to the steps 41, 42, 43 and 44 can deflect the beam. direction of planting of the light beam, while the The elements can represent separate pieces of information at an oblique angle to the direction of propagation; In some applications, they may be due to the light beam.

gen auch zu einem gemeinsamen Informationsaus- 30 Um zu veranschaulichen, wie die Ablenkung in30 To illustrate how the distraction in

gang kombiniert werden. Spezielle Formen für die den binären Stufen 41, 42, 43 und 44 im tatsäch-gear can be combined. Special forms for the binary levels 41, 42, 43 and 44 in the actual

Ausgangsmatrix 22 werden später beschrieben. liehen Betrieb vor sich geht, sei angenommen, daß dieOutput matrix 22 will be described later. lent operation is going on, assume that the

Beim Betrieb der Anordnung nach F i g. 1 der Er- Binärsignalquellen 31 bis 34 sämtlich ein Ausgangsfindung wird ein eben polarisierter Lichtstrahl mit signal V₀ gleich Null Volt liefern. Die horizontale einer Polarisation parallel zur Z-Achse durch die 35 Anfangspolarisation des Strahls wird durch die Dreh-Quelle 1 emittiert und schreitet in Z-Richtung fort. einrichtung 2 nicht gedreht. Wenn der Strahl durch Der Strahl gelangt durch die hintereinanderliegenden den anisotropen Calcit-Kristall 6 hindurchgeht, wird Stufen 41, 42, 43 und 44, wo er den binären Signalen er nicht verschoben, da seine Polarisation senkrecht der Quellen 31, 32, 33 und 34 ausgesetzt wird, und zur optischen Achse des Kristalls 6 liegt, und zwar in gelangt schließlich zur Ausgangsmatrix 22. Wenn er 40 der Weise, wie sie in F i g. 4 durch den durch Punkte nicht abgelenkt wird, gelangt er zur Position d der dargestellten Strahl angedeutet ist. Ebenso wird die Ausgangsmatrix 22 (F i g. 2). Polarisation des Strahls durch die Dreheinrichtung 7When operating the arrangement according to FIG. 1 of the Er binary signal sources 31 to 34 all an output finding will deliver a plane polarized light beam with signal V ₀ equal to zero volts. The horizontal one polarization parallel to the Z-axis through the initial polarization of the beam is emitted by the rotary source 1 and proceeds in the Z-direction. device 2 not rotated. When the beam passes through the one behind the other the anisotropic calcite crystal 6, there is steps 41, 42, 43 and 44, where it is the binary signals it is not shifted because its polarization is perpendicular to the sources 31, 32, 33 and 34 is exposed, and lies to the optical axis of the crystal 6, and that in finally arrives at the output matrix 22. If it is 40 in the manner as shown in FIG. 4 which is not deflected by points, it arrives at position d, the beam shown is indicated. The output matrix 22 (FIG. 2) becomes the same. Polarization of the beam by the rotating device 7

Um den grundsätzlichen Mechanismus der Ab'^n- nicht gedreht und durch den anisotropen Kristall 11 fcung zu verstehen, sei auf F i g. 4 hingewiesen. Der nicht versetzt. Wenn der Strahl weiter in der Z-Richdoppelbrechende anisotrope Calcit-Kristall 26 ist so 45 tung läuft, wird seine Polarisation durch die nichtgeschnitten, daß er den Kristallen 6 und 11 in Fi g. 1 erregte Dreheinrichtung 12 nicht geändert. Wenn er von der dem Beobachter zugewandten Seite her be- durch den anisotropen Kristall 16 hindurchgeht, biltrachtet, gleicht. Der Kristall 26 gleicht ferner den den seine Polarisation und seine Fortpflanzungsrich-Kristallen 16 und 21 der Fig. 1, wenn man sie in tung einen schiefen Winkel mit der optischen Achse F i g. 1 von unten betrachtet. Zwei eben polarisierte 50 des Kristalls 16, wie es in F i g. 4 durch den durch Lichtstrahlen, die nach rechts gehen, sind an der lin- Pfeile dargestellten Strahl gezeigt ist. Da Calcit ein ken großen Fläche des Kristalls 26 koinzident. Die negativer Kristall ist, wird der Strahlweg in einer Polarisationseinrichtung des ersten Strahls liegt in Richtung gebrochen, die näher der senkrechten Rich-Papierebene, wie es durch die senkrechten Pfeile dar- tung zur optischen Achse liegt, wie es in F i g. 4 dargestellt ist. Die Polarisationsrichtung des zweiten 55 gestellt wird, d. h. in die negative Z-Richtung in Strahls liegt senkrecht zur Papierebene, wie es durch Fig. 1, wenn er durch den Kristall 16 hindurchgeht, die Punkte dargestellt ist. Der Kristall 26 weist par- Wenn der Strahl den Kristall 16 verläßt, wird die allele große Flächen auf, die senkrecht zur Fort- Brechung aufgehoben, so daß der Strahl weiter in pflanzungsrichtung beider Strahlen liegen. Die op- Z-Richtung läuft. Der Strahl ist jedoch nunmehr in tische Achse des Kristalls 26 liegt in der Ebene, die 60 der negativen Z-Richtung um einen Betrag versetzt, durch die Fortpflanzungsrichtung und die Polarisa- der proportional der Dicke des Kristalls 16 ist.
tionsrichtung des ersten Strahls definiert ist. Weiter- Wenn der Strahl weiterläuft, wird eine Polarisation hin bildet die optische Achse des Kristalls 26 einen durch die Dreheinrichtung 17 ebenfalls nicht geschiefen Winkel sowohl zur Polarisationsrichtung als ändert, da die Dreheinrichtung von der Quelle 34 mit auch zur Fortpflanzungsrichtung des ersten Strahls, 65 Null Volt beaufschlagt ist. Wenn der Strahl durch jedoch liegt sie senkrecht zur Polarisationsrichtung den anisotropen Calcit-Kristall 21 hindurchgeht, wird des zweiten Strahls. Die Bedeutung der optischen er in negativer Z-Richtung ähnlich der Versetzung Achse liegt darin, daß die Fortpflanzungsrichtung des beim Kristall 16 versetzt, abgesehen davon, daß dieIn order to understand the basic mechanism of the ab '^ n- not rotated and through the anisotropic crystal 11 fcung, let us refer to FIG. 4 pointed out. Who does not move. If the beam continues in the Z-direction birefringent anisotropic calcite crystal 26 is so 45 direction runs, its polarization is not cut by the fact that it the crystals 6 and 11 in Fi g. 1 excited rotating device 12 not changed. If it passes through the anisotropic crystal 16 from the side facing the observer, it looks like. The crystal 26 also resembles its polarization and its propagation rich crystals 16 and 21 of FIG. 1, if they are placed in an oblique angle with the optical axis F i g. 1 viewed from below. Two just polarized 50 of the crystal 16, as shown in FIG. 4 through the ray represented by light rays going to the right are shown at the lin- arrows. Since calcite coincides with a large area of crystal 26. The negative crystal is, the beam path is refracted in a polarization device of the first beam in the direction that is closer to the perpendicular rich paper plane, as shown by the perpendicular arrows to the optical axis, as shown in FIG. 4 is shown. The direction of polarization of the second 55 is set, ie in the negative Z-direction in the beam is perpendicular to the plane of the paper, as shown by FIG. 1, when it passes through the crystal 16, the dots. The crystal 26 has par- When the beam leaves the crystal 16, the allele large areas which are perpendicular to the refraction are canceled, so that the beam lies further in the direction of planting of both beams. The op-Z direction is running. However, the beam is now in the table axis of the crystal 26 lies in the plane which is offset 60 from the negative Z-direction by an amount through which the direction of propagation and the polarizers are proportional to the thickness of the crystal 16.
tion direction of the first beam is defined. Further- If the beam continues, a polarization will form the optical axis of the crystal 26 at an angle, which is also not inclined by the rotating device 17, both to the polarization direction, as the rotating device from the source 34 also changes zero to the direction of propagation of the first beam 65 Volt is applied. However, if the beam passes through the anisotropic calcite crystal 21 perpendicular to the direction of polarization, it becomes the second beam. The importance of the optical he in the negative Z-direction similar to the offset axis is that the direction of propagation of the offset in the crystal 16, apart from the fact that the

Versetzung halb so groß ist, wie die Versetzung beim Kristall 16. Da bei der Ausführung der F i g. 1 der Kristall 21 einer der dünnsten Kristalle ist, ist diese Versetzung die Grundeinheit der Versetzung. Daher ist nunmehr der Strahl in der negativen Z-Richtung insgesamt um drei Einheiten versetzt.The dislocation is half as large as the dislocation in crystal 16. Since in the execution of FIG. 1 of the Crystal 21 is one of the thinnest crystals, this dislocation is the basic unit of dislocation. Therefore the beam is now offset by a total of three units in the negative Z-direction.

Infolgedessen kommt der Strahl an der Ausgangsmatrix 22 (F i g. 2) drei Einheiten oder diskrete Positionen links von seiner nichtabgelenkten Position an und trifft das Element a. Die Entsprechung zwischen dem Element α und den Signalwerten 0 der Quellen 31, 32, 33 und 34 ist in der Tabelle der F i g. 3 aufgezeichnet. As a result, the beam arrives at the output matrix 22 (Fig. 2) three units or discrete positions to the left of its undeflected position and hits element a. The correspondence between the element α and the signal values 0 of the sources 31, 32, 33 and 34 is shown in the table of FIG. 3 recorded.

Es sei nun angenommen, daß nur das von der binären Quelle 34 gelieferte Signal geändert wird. Demgemäß erscheint das Signal V₁, das 7 kV beträgt, wenn die Platte 17 aus Kaliummonophosphat besteht, am Ausgang der Quelle 34. Da dies die Halbwellenspannung der Halbwellenplatten-Dreheinrichtung 17 ist, wird nunmehr die Richtung oder Ebene der PoIarisation des Strahls um das Doppelte des Winkels zwischen der induzierten optischen Achse der Dreheinrichtung 17 und der einfallenden Polarisationsrichtung des Strahls gedreht. Somit beträgt die Gesamtdrehung 90°, so daß die Polarisationsrichtung des Strahls in der ZZ-Ebene liegt. Da an die Dreheinrichtung 17 eine Halbweilenspannung angelegt ist, um diesen elektrooptischen Effekt zu erzeugen, der als linearer Bockel-Effekt bekannt ist, erfolgt die Polarisationsdrehung, ohne daß eine elliptische PoIarisation auftritt. Eine Drehung ohne Auftreten einer elliptischen Polarisation ist auch ohne die Verwendung von Halbwellensignalwerten möglich, wenn der magneto-optische Faraday-Effekt benutzt wird oder wenn ein dem Faraday-Effekt analoger elektro-optischer Effekt benutzt wird.It is now assumed that only the signal supplied by the binary source 34 is changed. Accordingly, the signal V ₁ , which is 7 kV when the plate 17 is made of potassium monophosphate, appears at the output of the source 34. Since this is the half-wave voltage of the half-wave plate rotating device 17, the direction or plane of polarization of the beam is now doubled of the angle between the induced optical axis of the rotator 17 and the incident polarization direction of the beam. Thus the total rotation is 90 °, so that the polarization direction of the beam lies in the ZZ plane. Since a half-wave voltage is applied to the rotating device 17 in order to generate this electro-optical effect, which is known as the linear Bockel effect, the polarization rotation takes place without an elliptical polarization occurring. Rotation without the occurrence of elliptical polarization is also possible without the use of half-wave signal values if the magneto-optical Faraday effect is used or if an electro-optical effect analogous to the Faraday effect is used.

Nach der Drehung durch die Dreheinrichtung 17 liegt die Polarisation des Strahls senkrecht zur optischen Achse des anisotropischen Kristalls 21, und zwar in der durch den durch Punkte dargestellten Strahl gezeigten Weise. Hierbei wird der Strahl durch den Kristall 21 nicht abgelenkt. Infolgedessen ist der Strahl in der negativen Z-Richtung nur um zwei Einheiten versetzt. Damit trifft nunmehr der Strahl das Element b der Ausgangsmatrix 22.After being rotated by the rotating device 17, the polarization of the beam is perpendicular to the optical axis of the anisotropic crystal 21, in the manner shown by the beam represented by dots. In this case, the beam is not deflected by the crystal 21. As a result, the beam is only offset two units in the negative Z direction. The beam thus now hits the element b of the output matrix 22.

In ähnlicher Weise können die binären Signalspannungen der Quellen 31, 32, 33 und 34 in verschiedenen Kombinationen und Permutationen von F₀ und V₁, wie diese in F i g. 3 angegeben sind, geändert werden, um zu bewirken, daß der Strahl jedes gewünschte Element der Ausgangsmatrix 22 trifft.Similarly, the binary signal voltages from sources 31, 32, 33 and 34 can be in various combinations and permutations of F ₀ and V ₁ , as shown in FIG. 3 can be changed to cause the beam to strike any desired element of the output matrix 22.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei zahlreichenlnf ormationsumsetz- undübertragungseinrichtungen angewandt werden, die von Informationsspeicher- und -Wiedergabesystemen und Fernsprechvermittlungsanlagen über optische Bildwiedergabasysteme bis zu Nachrichtenübertragiingsanlagen reichen. Beispielsweise kann eine lichtempfindliche Speichermatrix für die Ausgangsmatrix 22 verwendet werden, wenn es sich um ein Informationsspeichersystem handelt. Beispielsweise kann für Informationsspeichersysteme eine lichtempfindliche Speichermatrix für die Ausgangsmatrix 22 benutzt werden. So wird, wenn eine mit Löchern in verschiedenen Positionen versehene Karte vor der Ausgangsmatrix 22 angeordnet wird, das Licht von der Karte entweder blockiert oder nicht blockiert. Geht Licht durch ein Loch in der Karte hindurch, so trifft es auf die lichtempfindliche Matrix auf und erzeugt demgemäß ein Ausgangssignal, während ein solches Ausgangssignal nicht entsteht, wenn das Licht von der Karte blockiert wird. Daher können die lichtempfindliche Matrix und die Karte als eine Speichervorrichtung aufgefaßt werden, wobei dann durch die vorliegende Erfindung das Mittel zum Wiedergewinnen einer gespeicherten Information darstellt.The arrangement according to the invention can be used in numerous five ormationsumetzetz- and transfer devices are used, which are used by information storage and display systems and telephone exchanges via optical image display systems up to message transmission systems. For example, a photosensitive memory matrix can be used for the output matrix 22 if it is an information storage system. For example, for information storage systems, a light-sensitive storage matrix can be used for the Output matrix 22 can be used. So if one is provided with holes in different positions Card is arranged in front of the output matrix 22, the light from the card is either blocked or not blocked. If light passes through a hole in the card, it hits the light-sensitive one Matrix and accordingly generates an output signal during such an output signal does not arise when the light is blocked by the card. Therefore, the photosensitive matrix and the card can be understood as a storage device, then by the present invention the Represents means for retrieving a stored information.

Claims

Patent claims:

1. Digital beam deflection system for light beams, characterized by the combination of a source (1) for a polarized light beam, a collecting screen (22) for the beam, a circuit (31, 32, 33, 34) for supplying a plurality of binary input signals (F ₀ , F ₁ ) and a plurality of stages (41 to 44) arranged one behind the other between the source and the collecting screen, each of which is composed of a device (2, 7, 12, 17) for rotating the beam polarization under the control of the binary input signals and of a deflection device (6, 11, 16, 21) which, depending on the beam polarization, deflects the beam by discrete amounts to the next one of the successive stages, at least two of the stages (41, 42) being designed for the beam in the same Deflect coordinate direction.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the number of steps in a coordinate direction is equal to N , where N is greater than 2, and in that the deflecting means of the steps are adapted to direct the beam to any one of 2 ' ^v distract discrete locations on the capture screen, each of these locations corresponding to a particular combination and permutation of the binary input signals.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the deflection devices are formed by birefringent crystals that the optical crystal axes at least one Deflection device (6, 11) are oriented obliquely to the beam in a first plane and that the optical Crystal axes of at least one other deflection device (16, 21) in a second plane, that intersects the first plane are oriented obliquely to the beam.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the birefringent crystals have thicknesses that change in a geometric progression.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by at least three Stages.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the collecting screen a photodetector device for receiving the deflected or undeflected Has beam.

1 sheet of drawings 009 545/293