DE1472150A1 - Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines Lichtstrahls - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen GeselUchafi mbH

Hauptverwaltung 7032 Sindelfingen Postfach 266

Amtliches Aktenzeichen:

Böblingen, 23. April 1968
sa-s,r

P 14 72 150. 7 (J 29 484 IXa/42h) Zusatz zu Patentanmeldung J 22 470 IXa/42h

Aktenz. der Anmelderin: Docket 7851; Ge 63/64, 64/64, 65/64

Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines Lichtstrahls Zusatzanmeldung zu Patent (Patentanmeldung J 22 470 IXa/42h)

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines Lichtstrahls um diskrete Beträge, bei der im Verlauf eines linear polarisierten Lichtstrahls eine Anzahl von Ablenkstufen bildende Gruppen aus steuerbaren, die Polarisationsebene des Lichtstrahls um 90 drehenden, elektro-optisch en Kondensatoren und doppelbrechenden, den Lichtstrahl als ordentlichen oder außerordentlichen Strahl weiterleitenden Elementen angeordnet ist, nach Patent

(Patentanmeldung J 22 470 IXa/42h).

Bei der im Hauptpatent (Patentanmeldung J 22 470 IXa/42h) beschriebenen Anordnung werden gewisse Schwierigkeiten im Aufbau der Anordnung dadurch verursacht, daß die Drehung der Polarisationsebene des die Anordnung durchsetzenden Lichtstrahls in einer Stufe der Anordnung sich auch auf alle nachfolgenden Stufen auswirkt. Beispielsweise würde bei einer Anordnung mit je einem elektro-optischen und einem doppelbrechenden Element ein ordentlicher Lichtstrahl, der in einer Stufe der Anordnung durch Drehung seiner Polarisationsebene um 90 infolge der Erregung des betreffenden elektro-optischen Elementes zum außerordentlichen Strahl wird, bei gleicher Orientierung der doppelbrechenden Elemente nun

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Nette Unterlagen (Art 7 § 1 Abe. 2 Nr. I Satz 3 des Ändwvnflsges, y. 4. 9. 19671 Neue Anmeldungsunterlagen

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auch alle darauffolgenden Stufen unter Ablenkung als außerordentlicher Strahl durchlaufen, wenn die elektro-optischen Elemente dieser Stufen nicht erregt sind. Um zu vermeiden, daß die Ablenkung in einer Stufe in unerwünschter Weise in einer anderen Stufe wieder rückgängig gemacht wird, muß diesem Umstand durch verschiedene Dicken der doppelbrechenden Elemente bzw. durch ihre Kristallorientierungen Rechnung getragen werden. Wenn es aber erwünscht ist, daß eine Ablenkung nur in derjenigen Stufe erfolgt, deren elektro-optisches Element erregt wurde, muß für jede Elementegruppe ein zweites elektro-optisches Element vorhanden sein, das die bewirkte Drehung der Polarisationsebene wieder kompensiert. Dadurch wird jedoch die Anordnung sehr aufwendig. Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der auch unter Verwendung nur eines elektro-optischen Elementes für jede Ablenkstufe die Ablenkung nur in derjenigen Stufe erfolgt, deren elektro-optisches Element erregt wurde.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die die Erregung der einzelnen, jeweils aus einem elektro-optischen Kondensator und einem nachgeschalteten, doppelbrechenden Element gebildeten Ablenkstufen steuernden Schalter mit den elektro-optischen Kondensatoren jeweils über eine "EXKLUSIVE-ODER"-Schaltung verbunden sind, wobei die von den Schaltern beeinflußten ersten Eingänge der "EXKLUSIVE-ODER"-Schaltungen jeweils dem zweiten Eingang der nächsthöheren Stufe zugeordneten "EXKLUSIVE-ODE R¹'-Schaltung zugeführt sind.

Die Erfindung wird anhand eines durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungs beispiels beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung:

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Neue Anmeldungsunterlagen

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Fig. 1 eine Anordnung zur Lichtablenkung in senkrechter Richtung um einen Gesamtbetrag, welcher der Summe der Ablenkungen in den mit Impulsen beaufschlagten Stufen entspricht,

Fig. 2. einen Lichtablenker mit horizontaler und vertikaler Ablenkung,

Fig. 3 einen Lichtablenker, bei dem die einzelnen Stufen dieselben Ablenkwerte aufweisen, und

Fig. 4 einen Lichtablenker, bei dem die einzelnen Stufen so angeordnet sind, daß der Ausgangslichtstrahl der Summe zweier binärer Zahlen entspricht.

In Fig. 1 ist ein mehrstufiger Lichtablenker dargestellt, durch den ein linear polarisierter Lichtstrahl 2 in senkrechter Richtung um Beträge abgelenkt wird, die der Summe der Ablenkung in denjenigen Stufen entsprechen, die durch Schließen von Schaltern wirksam gemacht wurden. Die einzelnen, mit 4, 6, 8X bezeichneten Ablenkstufen lenken das Licht in senkrechter Richtung mit um den Faktor 2 ansteigenden Beträgen ab. Die einzelnen Ablenkstufen bestehen aus doppelbrechenden Elementen 10, 12, 14 und 16X, die das Licht entweder als ordentlicher oder als außerordentlicher Strahl weiterleiten. Senkrecht zur Zeichenebene polarisiertes Licht soll beispielsweise den Kristall als ordentlicher Strahl und daher ohne Ablenkung durchsetzen. Parallel zur Zeichenebene polarisiertes Licht durchdringt dann einen solchen Kristall als außerordentlicher Strahl unter Ablenkung auf einem vom

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ersten verschiedenen Weg. Der Abstand der Austrittspunkte des

ordentlichen und des außerordentlichen Strahls aus dem Kristall i

ist direkt proportional der Dicke des Kristalls. Um eine um den Faktor 2 ansteigende Ablenkung in den einzelnen Ablenkstufen zu erreichen, . , , nimmt daher die Dicke der Kristalle um den Faktor 2 zu. Auf der Eingangsseite der doppelbrechenden Elemente 10, 12, 14 und 16X sind die elektro-optischen Elemente 18, 20, 22 und 24X angeordnet,

ι die jeweils aus einem elektro-optischen Kristall 26 mit zwei durchsichtigen Elektroden 28 bestehen. Beim Anlegen einer bestimmten Spannung an eines der elektro-optischen Elemente wird die Polari-

sationsebene des hindurchtretenden Lichts um 90 gedreht. Um diese Spannungen selektiv an jedes der Elemente, anlegen zu können, ist jeweils eine Elektrode geerdet, während die anderen Elektroden über die Schalter 30, 32, 34 und 36X mit einer Seite der Potentialquelle 38 verbunden sind, deren andere Seite geerdet ist. Die elektro-optischen ' Elemente aller Stufen mit Ausnahme der ersten sind mit den ihnen zugeordneten Schaltern über die "EXCLUSIVE-ODER"-Kreise 40, 42 und 44X verbunden. Sie sind außerdem über ihre "EXCLUSIVE-ODER"-Kreise und die Leitungen 46, 48 und 5OX mit den Schaltern der unmittelbar vorhergehenden Stufe verbunden. Das elektro-optische Element für die erste Stufe ist direkt mit seinem Schalter 30 über die Leitung • verbunden.

Neue Anme'd^gsiinterlagen

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Der Lichtstrahl 2 gelangt von der Lichtquelle 53, die beispielsweise aus einem Laser besteht, durch die Kollimatorlinse 54 und den Polarisator 56 mit zur Zeichenebene senkrechter Polarisation auf das elektro-optische Element 18 der ersten Stufe. Sind alle Schalter geöffnet, so durchdringt das Licht die doppelbrechenden Elemente als ordentlicher Strahl ohne Ablenkung. Ist der Schalter 30 geschlossen, wie in Fig. 1 dargestellt, so wird das elektro-optische Element 18 erregt und bewirkt eine Drehung der Polarisationsebene um 90· , so daß der Lichtstrahl im Kristall 10 abgelenkt wird. Durch das Schliessen des Schalters 30 wird über die Leitung 46 auch eine Spannung an den "EXCLüSIVE-ODER"-Kreis 40 gelegt. Ist der Schalter 32 geöffnet, so gelangt eine Spannung über den Kreis 40 an das elektrooptische Element 20 und ruft in diesem eine Drehung der Polarisationsebene um 90 in die ursprüngliche Ebene hervor. Wäre der Schalter geschlossen gewesen, so wäre keine Spannung von dem "EXCLUSIVE-ODER"-Kreis 40 an das elektro-optische Element 20 gelangt, so daß die Polarisation des Lichts in der Ebene geblieben wäre, in die. es durch das Element 18 gedreht wurde. Der Lichtstrahl wäre in diesem Falle im Kristall 12 ebenso wie im Kristall 10 abgelenkt worden. Da jedoch der Schalter 32 geöffnet ist, tritt das Licht ohne Ablenkung durch den Kristall 12 hindurch. Durch das Schließen des Schalters 34

Neue Anniei.L. ^unterlagen

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bei geöffnetem Schalter 32 wird das elektro-optische Element 22 erregt, das die Polarisationsebene wieder um DO dreht und eine Ablenkung des Lichtstrahls im Kristall 14 hervorruft. Der "EXCLU-SIVE-ODER"-Kreis der nächst höheren Stufe ist wiederum so geschaltet, daß, wenn der Schalter dieser Stufe geöffnet ist, das nächste elektro-optische Element erregt wird und die Polarisationsebene wieder um 90 dreht.

. Angenommen, den Schaltern 30, 32, 34 und 36X seien Werte zugeordnet, die den Werten der mit ihnen verbundenen doppelbrechenden Elemente 10, 12, 14'!und 16X entsprechen, dann entspricht der Gesamtbetrag der Lichtablenkung dem Gesamtwert der geschlossenen Schalter. Wenn, wie dargestellt, die Schalter 30 und 34 geschlossen' sind, beträgt die erzielte Gesamtablenkung 5 Einheiten, da der Kristall eine Ablenkung um eine Einheit und der Kristall 14 eine Ablenkung um vier Einheiten erzeugt.

In Fig. 2 ist ein Lichtablenker dargestellt, in welchem die ersten drei Stufen..6O, 61 und 62 denen der Fig. 1 entsprechen und das Licht entsprechend dem Schließen der Schalter 63 04 und 65 in senkrechter Richtung ablenken. Die nächsten drei Stufen 66,67 und 68 enthalten

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die doppelbrechenden Elemente 69, 70 und 71, die bezüglich der doppelbrechenden Elemente der ersten drei Stufen um 90 gedreht orientiert sind, so daß die Lichtablenkung in ihnen in horizontaler Riciitung verläuft. An den Eingangsseiten der Elemente 69, 70 und sind die elektro-optischen Elemente 74, 75 und 76 angeordnet. Die Dicke der Elemente 69, 70 und 71 nimmt um den Faktor 2 von rechts nach links zu. Mit Hilfe dieser Anordnung ist es möglich, am Element 71 einen Ausgangslichtstrahl in einem von sieben in senkrechter

Richtung versetzten Punkten in einer von sieben horizontal versetzten Spalten zu erhalten.

Da das durch die doppelbrechenden Elemente der ersten drei Stufen hindurchtretende Licht beim Durchgang durch die Elemente 69, 70 und 71 infolge deren aim 90 gedrehte Kristallorientierungen den entgegengesetzten Polarisationszustand besäße, ist zwischen dem Ausgang tier Stufe 62 und dem elektro-optischen Element 74 der ersten horizontalen Ablenkstufe eine Halblwellenplatte 78 angeordnet. Die elektrooptifa-chen Elemente 74, 75 und 76 werden über die "EXCLUSIVE-ODER"-Kreiee 79, 80 und 81 und die Schalter 82, 83 und 84 in derselben Weise wie die elektro-optischen Elemente der Stufen 61 und erregt.

Neue An„it,u„ ^unterlagen

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-O- Ii « lOU.I

Sind alle Schalter geöffnet, so durchdringt ein senkrecht zur Zeichenebene polarisierterLichtstrahl die ersten drei Stufen ohne Ablenkung. Dann wird die Polarisationsebene durch die Halbwellenplatte 78 um 90 gedreht, so daß der Lichtstrahl die nächsten drei Stufen mit zur Zeichenebene paralleler Polarisation durchsetzt. Auch hier findet keine Ablenkung statt, und der Lichtstrahl tritt in der Nähe der linken unteren Ecke wieder aus. .

Beim Schließen der Schalter 63, 64 und 65 wird der Lichtstrahl in . jeder der drei ersten Stufen nach oben abgelenkt. Nach der Stufe 62

j tritt der Lichtstrahl zur Vorbereitung der Ablenkung in den nächsten drei Stufen durch die Halbwellenplatte 78 hindurch. Beim Schließen des Schalters 65 wird auch das elektro-optische Element 74 erregt, •so daß die Polarisationsebene wieder so gedreht wird, daß in den letzten drei Stufen keine Ablenkung stattfindet. Der Lichtstrahl würde in diesem Falle vom Element 71 im obersten Punkt der vordersten Ebene austreten. Das Schließen der Schalter 82, 83 und 84 verursacht eine Ablenkung des Lichtstrahls von einer bis zu sieben Einheiten in

horizontaler Richtung in Abhängigkeit von den Werten, die den Elementen mit geschlossenen Schaltern entsprechen.

Neue AnmoiuUngsunterlagen

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In Fig. 3 ist eine der Fig. 1 ähnliche Anordnung dargestellt mit der Ausnahme, daß die doppelbrechenden Elemente 86, 87, 88 und 89X dieselbe Dicke besitzen und jeweils den Wert 1 repräsentieren. Die elektro-optischen Elemente 18, 20, 22 und 24X an den Eingangsseiten der doppelbrechenden Elemente werden ebenso wie in Fig. 1 durch . Schaltkreise erregt, die die VEXCLUSIVE-ODER"-Kreise 40, 42, 44X und die Schalter 30, 32, 34 und 36X enthalten. Bei dieser Anordnung entspricht der Austrittspunkt ties' Lichtstrahls von der'letzten Ablenkstufe der Anzahl der Einer in einer binären Zahl unter der Annahme, daß die Schalter an den Stellen mit einer binären L geschlossen und an den Stellen einer binären 0 geöffnet sind. Sind, wie dargestellt, die Schalter 30, 32 und 36X geschlossen, so erscheint der Aus gangslicht strahl in der Position 3, was besagt, daß der Anordnung · eine drei Einer enthaltende Binärzahl zugeführt wurde.

In Fig. 4 ist eine Anordnung zur Lichtablenkung dargestellt, in welcher der von der letzten Stufe austretende Lichtstrahl der Summe;· zweier binärer Zahlen entspricht. Die Anordnung enthält zwei Sätze von Ablenkelementen, von denen jeder doppelbrechende Elemente enthält, deren Dcke um den Faktor 2 zunimmt. Die mit 91A, 92A und 93A sowie mit 91B, 92B und 93B nummerierten beiden Sätze von doppelbrechen-

Neue Anmeklüiigsunterlagen

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P14 72 150.7 1 472150 den Elementen sind ineinander verschachtelt. Die Schalter 94A, 95A und 96A steuern die Erregung der doppelbrechenden Elemente 97A, 98A und 99A für den ersten Satz der doppelbrechenden Elemente, während die Schalter 97B₁ 98B die Erregung der elektro-optischen Elemente für den zwdten Satz steuern. In Fig. 4 sind die Schalter 95A und 96A des ersten Satzes geschlossen, während der Schalter 94A geöffnet ist. Diese Schalterstellungen entsprechen der binären Zahl LLO. Vom zweiten Satz sind zur Darstellung der binären Zahl'OLL nur die Schalter 94B und 95B geschlossen. Die Summe dieser beiden binären Zahlen ergibt LOOL, was der Dezimalzahl 9 entspricht. Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daß die Erregung der elektro-optischen Elemente durch die "EXCLUSIVE-ODER"-Kreise eine Ablenkung des Lichtstrahls in don Elemonton 91Bi 92A, 92B und D3A um insgesamt 9 Einheiten bewirkt. Natürlich könnten die doppelbrechenden Elemente der beiden Sätze an Stelle der verschachtelten Anordnung auch hintereinander angeordnet sein. Es ist lediglich erforderlich,

dafür Sorge zu tragen, daß durch das Schließen der den Binärstellen zugeordneten Schalter auch der Lichtstrahl in den entsprechenden doppelbrechenden Elementen abgelenkt wird.

Neue Anrc<v-:!ungsun.terlagen

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In jeder der dargestellten Anordnungen kann im Bedarfsfalle an der Ausgangsseite der letzten Ablenkstufe ein lichtempfindliches Element angeordnet sein, das beim Auftreffen von Licht aus dem Ablenker eine Anzeige liefert oder das entsprechend der erhaltenen Ablenkung eine Operation ausführt. '

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BAD ORiGiNAL

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Claims (1)

1. neue AiiiiiPiöungsunterlögen

   Docket 7851; Ge 63/64,64/64,65/64 23. Aprü 1968

   sa-sr

   PATENTANSPRUCH

   Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines Lichtstrahls um diskrete Beträge, bei der im Verlauf eines linear polarisierten Lichtstrahls

   ' eine Anzahl von Ablenkstufen bildende Gruppen aus steuerbaren, die

   Polarisationsebene des Lichtstrahls um 90 drehenden, elektro-optischen Kondensatoren und doppelbrechenden, den Lichtstrahl als ordentlichen oder außerordentlichen Strahl weiterleitenden Elementen

   angeordnet ist, nach Patent (Patentanmeldung J 22 470 IXa/42h),

   dadurch gekennzeichnet, daß die die Erregung der einzelnen, jeweils aus einem elektro-optischen Kondensator und einem nachgeschalteten, doppelbrechenden Element gebildeten Ablenkstufen steuernden Schalter mit den elektro-optischen Kondensatoren jeweils über eine ¹¹ EXKLUSIVE-ODER"-Schaltung verbunden sind, wobei die von den Schaltern beeinflußten ersten Eingänge der "EXKLUSIVE-ODER" ~

   ' Schaltungen jeweils dem zweiten Eingang der nächsthöheren Stufe

   zugeordneten "EXKLUSIVE-ODER"-Schaltung zugeführt sind.

   Neue Unterlagen (Atf. 7 § l Abs. ^₁Nr. 1 Satz 3 des ÄncJerungsess. ν. λ ) 19S7)

   /η/το