DE2033155A1

DE2033155A1 - Optisches Ablenksystem

Info

Publication number: DE2033155A1
Application number: DE19702033155
Authority: DE
Inventors: Tzuo Chang Minneapolis Zook James David Burnsville Minn Lee (V St A)
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1970-07-04
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3624817A; FR2056370A5; GB1305824A

Description

Prankfurt am Main, den l.Juli 1970

- H 31 P 212 -

HONEYWELL INC.
2701, Fourth. Avenue South Minneapolis, Minn/USA

" Optisches Ablenksystem "

Die Erfindung betrifft ein System zur Ablenkung eines optischen Strahles und dient insbesondere zur Vergrößerung der .Anzahl der möglichen voneinander unterscheidbaren Lichtstrahlstellungen (weiter unten als auflösbare oder abgegrenzte Bezirke bezeichnet), die mit einer vorgegebenen Ablenkvorrichtung erzielt.werden können. Unter dem Begriff Licht werden in der nachfolgenden Beschreibung elektromagnetische Wellen verstanden, die innerhalb eines Frequenzbereiches liegen, zu dem das infrarote, das sichtbare und das ultraviolette Licht gehört.

Obwohl optische Ablenksysteme seit langem bekannt sind, werden die Entwicklungsarbeiten auf diesem Gebiet in jüngster Zeit stark forciert, was im wesentlichen dem wachsenden Interesse an der Verwendung von Laserstrahlen zur Informationsspeicherung zuzuschreiben ist. Die Aufgabe eines optischen Ablenksystemes bei der Informationsspeicherung läßt sich_%besser beschreiben, wenn man den Begriff der auflösbaren Bezirke einführt, die im Ablenkbereich des Ablenksystemes liegen. Je größer die Zahl der auflösbaren einzelnen Speicherbezirke ist, desto größer ist die Speicherleistung. Unter Bezirk ist dabei jeweils der diskrete Flächenabschnitt auf dem Speichermaterial zu verstehen, auf den der jeweils in einer seiner vielen

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möglichen Stellungen befindliche Strahl einwirkt. Je breiter der Strahl ist, der auf das Speichermaterial auftrifft, desto größer ist der Bezirk. Zur Verbesserung der bekannten optischen Speicher wurde von E.R. Gordon und M.G. Cohen die Verwendung eines TeIeskopes vorgeschlagen, durch das sich der Ablenkwinkel der zum Ablenksystem gehörenden Ablenkvorrichtungen vergrößern läßt (siehe "Electro-Optic Diffraction Grating for Light Beam Modulation and Diffraction", IEEE Journal of Quantum Electronics, Band Qe-I, Nr.5» August 1965). Durch die Verwendung eines TeIeskopes läßt sich zwar der Ablenkwinkel verbreitern, eine Vergrößerung der Anzahl der innerhalb dieses Winkels liegenden auflösbaren Bezirke wird damit aber noch nicht erreicht.

™ Die bekannteste Maßnahme zur Vergrößerung der Anzahl der auflösbaren Bezirke besteht darin, eine erste und eine zweite Ablenkvorrichtung hintereinanderzuschalten (Tandemschaltung). Die durch diese Schaltung erzielbare Anzahl der auflösbaren Bezirke, ist etwa die Summe aus den auflösbaren Bezirken der einzelnen hintereinandergeschalteten Ablenkvorrichtungen. In einem sehr interessanten Aufsatz von J.G. Skinner (siehe "Optimal Electrooptic Deflection Scheme", Applied Optics, Band 7, Nr.6, Juni I968) wird angeregt, in jeden Strahlengang der einem Bezirk zugeordnet ist, jeweils ein kleines Prisma einzufügen, wobei die einzelnen hinter der ersten Ablenkvorrichtung angeordneten Prismen die Jeweilige Ablenkung durch die Ablenkvorrichtung um einen konstanten

) Faktor vergrößern, so daß sich um jeden der einzelnen Bezirke ein relativ großes Gebiet befindet, auf dem noch weitere Bezirke Platzhaben. Mit Hilfe der zweiten steuerbaren Ablenkvorrichtung kann der Strahl in Abhängigkeit von einem Steuersignal auf eineni

i Bezirk gelenkt werden, der auf dem Gebiet liegt, welches sich utrj den ursprünglichen, der Ablenkung durch die erste Ablenkvorrich-»· tung zugeordneten Bezirk erstreckt. Durch die von Skinner vorge-* schlagene Maßnahme läßt sich erreichen, daß die Zahl der auf lös-j baren Bezirke gleich dem Produkt aus den auflösbaren Bezirken der einzelnen·Ablenkvorrichtungen ist. Das zuletzt erwähnte bekannte? Ablenksystem hat allerdings den großen Nachteil, daß eine erhebliche Anzahl sehr komplizierter optischer Vorrichtungen benötigt wird.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Ablenksystem zu schaffen, daß eine sehr große Speicherkapazität besitzt und dessen optische Vorrichtungen sehr viel unkomplizierter als die der bekannten optischen Ablenksysteme' sind.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine steuerbare erste Ablenkvorrichtung vorgesehen ist, die ein abzulenkendes Strahlenbündel in Abhängigkeit vom Steuersignal an der ersten Ablenkvorrichtung auf eins von einer Anzahl örtlich voneinander getrennt nebeneinander in einer Ebene liegender Gebiete lenkt, daß eine Strahlbündelungseinheit vorgesehen ist, auf deren Eintrittsebene die Gebiete liegen und die das sie durchdringende Strahlenbündel auf den Gebieten zugeordnete in einer Ausgangs-(ebene getrennt voneinander;liegende Bereiche bündelt, daß inden Strahlengang zwischen der Strahlbündelungseinheit und der Ausgangsebene eine steuerbare zweite Ablenkvorrichtung eingefügt ist, die das von einem der Gebiete kommende Strahlenbündel in Abhängigkeit vom Steuersignal an der zweiten Ablenkvorrichtung innerhalb des dem betreffenden Gebiet zugeordneten Bereiches auf einen bestimmten Bezirk lenkt, wobei die Flächenausdehnung eines Bezirkes erheblich unter der eines Gebietes liegt.

Die vom Material her meist sehr kostspielige Ablenkvorrichtung kann besonders klein gehalten werden, wenn die Ausgangsebene aus der Bündelungsebene der Strahlbündelungseinheit ■ verschoben wird und in den Strahlengang zwischen der Strahlbündelungseinheit und der zweiten Ablenkvorrichtung eine Strahlführungseinheit eingefügt ist, die das Strahlenbündel unabhängig von welchem der Gebiete es herkommt, immer ungefähr auf den gleichen Flächenabschnitt der Eintrittsebene der zweiten Ablenkvorrichtung führt.

Eine weitere Vereinfachung des erfindungsgemäßen AbIenksystemes läßt sich dadurch erreichen, daß die Strahlbündelungseinheit mit einzelnen nebeneinander in einer Ebene liegenden, jeweils ein Gebiet ausfüllenden,Sammellinsen versehen ist, von denen jede etwa den Durchmesser des von ihr ausgefüllten Gebietes besitzt.

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Statt der Sammellinsen können aber auch wahlweise Zerstreuungslinsen verwendet werden.

Die Wirkungsweise der Ablenkvorrichtung wird besonders vorteilhaft unterstützt, wenn die StrahlführungseinheTü/einer ersten Sammellinse versehen ist, welche die das Strahlenbündel bildenden Einzelstrahlen etwa parallel zueinander verlaufend auf den Flächenabschnitt auftreffen läßt und wenn zu der Strahlführungseinheit noch eine zweite Sammellinse gehört, die dicht vor der zweiten Ablenkvorrichtung angeordnet ist, wobei die Brennweiten der beiden Sammellinsen so gewählt sein sollten, daß der Pläöhenabschnitt möglichst groß wird.

Zur Vergrößerung der Speicherkapazität empfiehlt es sich, daß die erste und die zweite Ablenkeinheit den Strahl jeweils in einer von zwei vorzugsweise senkrecht zueinanderstehenden Koordinatenrichtungen ablenken, daß jedem der Gebiete jeweils einer von einer entsprechenden Anzahl in den gleichen Koordinatenrichtungen angeordneter Bereiche auf der Ausgangsebene zugeordnet ist und daß die dritte und die vierte Ablenkeinheit in Abhängigkeit von dem ihnen zugeführten Steuersignal das Strahlenbündel innerhalb des Bereiches in zwei weiterenKoordinatenrichtungen ablenken.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den drei AusfUhrungsbeispielen, die nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert werden. Darin zeigt: „

Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Ablenksystemes und Figur 5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Ablenksystemes.

Zu dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel gehört eine erste Ablenkvorrichtung 12, eine Strahlbündelungseinheit lA, die aus einer Vielzahl örtlich nebeneinander in einer Ebene liegender Linsen besteht, eine aus einer Sammellinse gebildete

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Strahlführungseinheit l6, eine zweite Ablenkvorrichtung 20 und eine Ausgangsebene 24,auf die der gebündelte Strahl 10 geworfen wird. Diese Ausgangsebene kann beispielsweise aus einer Magnetschicht bestehen, die durch den gebündelten Strahl örtlich über den Curiepunkt erhitzt wird. Die erste und die zweite Ablenkvorrichtung 12 und 20 können mechanische Ablenkeinrichtungen, wie beispielsweise drehbare Spiegel oder elektrooptische Ablenkeinrichtungen sein, welche den einfallenden Strahl in Abhängigkeit von einem geeigneten Steuersignal in Form eines elektrischen oder magnetischen Feldes um einen bestimmten Winkel ablenken. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Ablenkvorrichtungen jeweils durch ein oder zwei elektrooptische Ablenkeinheiten gebildet. Derartige Ablenkeinheiten sind bekannt und wurden bereits in der Offenlegungsschrift 1 915 287 beschrieben. Die Ablenkung des Lichtstrahles 10 durch die Ablenkeinheit 20 kann entweder analog oder digital erfolgen. Aus Gründen, die weiter unten noch deutlich gemacht werden, ist es vorteilhaft, wenn die Ablenkung des Strahles 10 durch die Ablenkeinheit 12 digital erfolgt. Einer der wesentlichen Unterschiede zwischen den Ausführungsformen nach Figur 1 und 2 und der Ausführungsform nach Figur 3 besteht darin, daß die erste und zweite Ablenkvorrichtung nach Figur 1 und 2 jeweils aus einer einzigen Ablenkeinheit besteht, während die erste und zweite Ablenkvorrichtung der Ausführungsform nach Figur 3 jeweils mit zwei Ablenkeinheiten 50,52 bzw. 6o,62 versehen ist, die den Strahl 10 in zwei zueinander senkrechte Richtungen ablenken.

Die StrahlbUndelungseinheit 14 besteht aus einem Linsentyp, der vielfach als : .. FjacettenXinse bezeichnet wird und der aus einer größeren Anzahl gleichartiger in einer Ebene dicht, nebeneinander angeordneter einfacher Linsen besteht, die in Figur 1 und 2 durch die Sammellinsen l4a, 14b und l4c angedeutet sind. Die StrahlbUndelungseinheit 14 kann durch ein sehr preiswertes Gießverfahren aus Plastik hergestellt werden. Wie weiter oben bereits erwähnt, liegen alle Linsen in einer durch die gestrichelte Linie 15 angedeuteten Ebene. Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Aufbau der StrahlbUndelungseinheit 14 ist besonders

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einfach, da sämtliche Linsen von einer ebenen Plastikschicht ihren Ausgang nehmen, die gleichzeitig den Träger für die einzelnen Plastiklinsen bildet und die sich in Figur 1 nach links zur Ausgangsebene des Strahles hin erstrecken.

Die Ablenkvorrichtung 12, die in Figur 1 und 2 jeweils aus einer Ablenkeinheit besteht, besitzt einen bestimmten Ablenkwinkelbereich 9, innerhalb dessen der Strahl 10 abgelenkt werden kann. Innerhalb dieses Ablenkbereiches kam der Strahl 10 eine Anzahl N_R von untereinander unterscheidbaren Winkellagen einnehmen, die in der Ausgangsebene 24 in einer Reihe von auflösbaren, örtlich voneinander getrennt liegenden Bezirken resultieren, die von dem gebündelten Strahl bestrahlt werden. Jedem dieser ursprünglichen Bezirke ist auf der Ausgangsebene 24 ein Bereich zugeordnet, der sehr viel größer als der ursprüngliche Bezirk ist. Die Zahl der ursprünglichen Bezirke und.damit der Bereiche wird nachfolgend mit N_R, angegeben und es gilt N_R, =,Ö/G_R, wobei der Beugungswinkel ©_r von der Eingangsöffnung der Ablenkvorrichtung 12 abhängig ist. Qp₁ läßt sich durch irgendein für das hier zu beschreibende Ausführungsbeispiel geeignetes physikalisches System beschreiben, beispielsweise das Rayleighkriterium oder die Gauss'sehe Breite des abgelenkten Lichtstrahles. Dementsprechend läßt sich N_R1 als Verhältnis zwischen dem gesamten Ablenkwinkelbereich der Ablenkeinheit 12 in der Ebene 15 und den einzelnen auflösbaren Gebietendefinieren, wobei die Gebiete jeweils durch

fe eine der Linsen l4a, l4b, l4c gegeben sind. Entsprechend dem Obengesagten besitzt die aus einer einzigen Ablenkeinheit 20 bestehende zweite Ablenkvorrichtung/des ersten Ausführungsbeispieles einen bestimmten Ablenkwinkelbereich, dem eine Anzahl von ^NR2 ^{auflösbaralBe2lrlc}en zugeordnet ^is**' ^ie innerhalb dieses Winkelbereiches liegen.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, befinden sich die einzelnen Linsen 14a bis l4c jeweils auf einem der auflösbaren Gebiete, die von dem die Ablenkvorrichtung 12 durchdringenden Strahl 10 angestrahlt werden. Dabei ist der Durchmesser der einzelnen .Linsen

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der Strahlbündelungseinheit 14 etwa so groß wie die einzelnen Gebiete auf der Ebene I5 gewählt. Zur besseren Übersicht wurden in Figur 1 und 2 jeweils nur drei Linsen dargestellt, obwohl natürlich von der Ablenkvorrichtung 12 noch mehr Gebiete angestrahlt werden können. Bei weniger großen Genauigkeitsansprüchen an das erfindungsgemäße optische Ablenksystem ist es auch möglich, daß nicht jedem einzelnen auflösbaren, vom Strahl erreichbaren Gebiet eine besondere Linse zugeordnet wird, sondern daß zu mehreren Gebieten eine, einzige Linse gehört.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles nach Figur 1 beschrieben. Das weiter oben ganz allgemein als Strahl bezeichnete Strahlenbündel 10 besteht aus einer Anzahl von Einzelstrahlen, von denen die Einzelstrahlen 10a, 10b das Strahlenbündel begrenzen. Zur Vereinfachung " ■ der Beschreibung der Wirkungsweise sei angenommen, daß die einzelnen optischen Bauelemente aus einem Material mit einem Brechungsindex hergestellt worden sind, der so gewählt ist, daß die Brechung des Strahles an den einzelnen Grenzschichten vernachlässigt werden kann. Die Ablenkeinheit 12 nimmt das Strahlenbündel 10 auf und lenkt es in Abhängigkeit von einem auf diese Einheit einwirkenden elektromagnetischen Feld um einen bestimmten Winkel ab. In Figur 1 ist nicht dargestellt, in welcher Weise das Feld auf die Ablenkeinheit 12 einwirken kann, da die Wirkungsweise von elektrooptischen Ablenkeinrichtungen bekannt ist.

In dem in Figur 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel· ist die Ablenkvorrichtung 12 so ausgeführt, daß sie den Strahl in digitaler Form jeweils auf das Zentrum der einzelnen durch Linsen abgegrenzten Gebiete 14a bis l4c lenkt, so daß sich die Querschnittsfläche des Strahles jeweils mit der Fläche eines der Gebiete deckt. Die einzige Forderung, die an die Wahl der Ebene 15 gestellt werden muß, ist die, daß die dort von dem Strahl

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getroffenen Gebiete voneinander unterscheidbar sein müssen. Wie aus Figur 1 ersichtlich, grenzen auf der Ebene 15 die einzelnen Gebiete aneinander an, so daß auch die einzelnen zu der Strahlbündelungseinheit 14 gehörenden Linsen aneinander angrenzen müssen. Das auf die Ablenkvorrichtung 12 einwi. kende elektromagnetische Feld wird nun so eingestellt, daß das Strahlenbündel 10 auf eines der Gebiete l4a bis l4c auftrifft, wobei die räumlich ■ nebeneinanderliegenden Gebiete zum Beispiel zeitlich nacheinander abgetastet werden können. In Figur 1 bestehen die einzelnen Linsen der ähnlich wie ein Facettenauge aufgebauten Strahlbündelungseinheit aus einzelnen Sammellinsen, deren Brennpunkte in einer durch eine Strichlinie 15' gekennzeichneten Ebene liegen. Statt dieser Sammellinsen lassen sich im Prinzip aber auch Zerstreuungslinsen verwenden, wobei allerdings der Aufbau des Ab-

P lenksystemes gegenüber dem Aufbau des in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispieles etwas abgeändert werden muß. In der Brennebene der zur Strahlbündelungseinheit 14 gehörenden Sammellinsen werden die einzelnen Gebiete auf Punktform verkleinert abgebildet. Aus Figur/ist zu erkennen, wie das in seiner Ausdehnung dem Durchmesser des Strahlenbündels 10 entsprechende Gebiet 14a auf der Ebene 15' als Punkt 11a abgebildet wird. Dementsprechend werden die Gebiete 14b und l4c auf der Ebene 15' als Punkte 11b und lic abgebildet. Wählt man statt der Sammellinsen l4a bis l4c Zerstreuungslinsen, so ergibt sich für die Punkte 11a bis lic eine virtuelle Abbildung. Obwohl die Ausdehnung des Strahlenbündels in Höhe der Ebene 15· gegenüber seiner Ausdehnung in

b Höhe der Ebene 15 durch die Sammellinsen stark verkleinert wird, ist der mittlere Abstand zwischen den Gebieten l4a bis 14c und den Punkten 11a bis lic im wesentlichen der gleiche geblieben. Der durch die Sammellinsen erreichte Vorteil liegt im wesentlichen in dem größeren Zwischenraum zwischen den Punkten 11a bis lic und der Unterstützung des digitalen Verhaltens der Ablenkeinheit 12, da bei einer Winkeländerung des Strahlenbündels,bei der sich aas von dem Gebiet 14a zum Gebiet l4b hinbewegt., nicht etwa auch der Punkt 11a zum Punkt 11b wandert, sondern der Punkt lla immer schwächer wird, während der Punkt 11b immer mehr heryor-

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tritt. Durch die Abbildung"der Gebiete 14a bis 14c auf die Punkte 11a bis lic wird wie schon angedeutet, wünschenswerter^~ .eise das Verhältnis aus Abstand der einzelnen Strahlenbündellagen gegenüber der Ausdehnung des Strahlenbündels stark verbessert.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, dient die als Sammellinse ausgestaltete Strahlführungseinheit 16 zur Bündelung des von einem der Punkte 11a bis lic auf der Ebene 15V ausgehenden sich zerstreuenden .' Strahleribündels 10. Die Zerstreuung des Strahlenbündels IO kann auch dadurch gegeben sein, daß statt der Sammellinsen in den Gebieten l4a bis 14c Zerstreuungslinsen verwendet werden, wodurch eine Bündelung des Strahlenbündels 10 in Höhe der Brennebene 15' gar nicht erst zustandekommt. Die Linse 16 bildet die Punkte 11a, lib und lic sowie die zwischen ihnen liegenden Zwischenräume auf der Ausgangsebene 24 in Form der Punkte lla¹, 11b¹ und lic* und der zwischen ihnen liegenden Zwischenräume ab.Da bei dieser Abbildung das Verhältnis von Ausdehnung des Strahlenbündels zu Zwischenraum zwischen den einzelnen .'. Strahlen-fbündellagen nicht verändert wird, bleibt auch der vergrößerte Abstand zwischen den einzelnen Abbildungen des Strahlenbündels auf der Ausgangsebene 24 erhalten. Auf diese Weise entstehen auf der Ausgangsebene 24 eine Reihe von aneinander angrenzenden Bereichen, wobei jedem Bereich ein Gebiet l4a bis 14c auf der Ebene 15 zugeordnet ist. In jedem Bereich, vorzugsweise in dessen Mitte, befindet sich ein ursprünglicher Bezirk (z.B. lla¹), der die Abbildung des ihm zugeordneten Gebietes (z.B.l4a) darstellt. Während die einzelnen Gebiete 14a bis l4c dicht nebeneinanderliegen, sind die ihren Abbildungen entsprechenden ursprünglichen Bezirke lla¹ bis lic¹ räumlich soweit voneinander getrennt, daß in den zwischen den ursprünglichen Bezirken liegenden Zwischenräumen weitere Bezirke untergebracht werden können, die durch Ablenkung des auf einen der ursprünglichen Bezirke aurtreffenden Strahlenbündels durch die zweite Ablenkvorrichtung erzeugt werden. In Figur 1 ist dargestellt, wie durch die Ablenk- " wirkung der Ablenkvorrichtung 20 das Strahlenbündel anstatt auf

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den'ursprünglichen Bezirk 11a'auf den Bezirk 11a" gerichtet wird, wobei der Bezirk 11a" in dem zum ursprünglichen Bezirk 11a¹ gehörenden Bereich liegt. Das erfindungsgemäße optische Ablenksystem besitzt also zwei die Winkellage des Strahlenbündels 1.0 ablenkende Ablenkvorrichtungen, von denen mit Hilfe der ersten Ablenkvorrichtung der einem bestimmten Gebiet zugeordnete Bereich und mit Hilfe der zweiten Ablenkvorrichtung ein in diesem Bereich liegender bestimmter Bezirk ausgewählt wird. Nimmt man an, daß das erfindungsgemäße optische Ablenksystem so aufgebaut ist, daß in jedem, einem Gebiet zugeordneten,Bereich die gleiche , Anzahl von auflösbaren Bezirken vorhanden ist, so ergibt sich, daß die Gesamtzahl der auflösbaren Bezirkegleich dem Produkt aus den Gebieten mal der Anzahl der zu einem Bereich gehörigen Beztrke ist, d.h. es gilt N_R = N_R1 . N^₂. Bei dieser Rechnung wird davon ausgegangen, daß die zweite Ablenkvorrichtung 20 tatsächlich über den gesamten Ablenkwinkelbereich der ersten Ablenkvorrichtung 12 wirksam ist.

Die Wirkungsweise der einzelnen zu der Strahlbündelungseinheit Ik gehörenden Linsen läßt sich auch durch die Vergrößerung des Zerstreuungswinkels des Strahlenbündels 10 erklären. Dieser Winkel wird gegenüber dem Zerstreuungswikel bei nicht vorhandenen Linsen l4a bis l4c um einen gewissen Betrag vergrößert, wodurch sich in entsprechender Weise der Beugungswinkel der Sammellinse l6 vermindert. Aus der Gleichung N_n = θ ergibt sich, daß

« θ

^R durch die Verminderung des Beugungswinkels die Zahl der auflösbaren Bezirke in der Ausgangsebene 24 vermehrt wird, wobei die Ablenkvorrichtung 20,das Strahlenbündel 10 auf die auflösbaren Bezirke lenkt.

Ein weiterer Vorteil der Sammellinse 16 liegt darin, daß sie das Strahlenbündel immer auf einen im wesentlichen gleichbleibenden Flächenanteil lenkt, wobei die Größe oder die Lage des Flächenanteils unabhängig davon ist, von welchem Punkt 11a bis lic auf der Brennebene 15' das Strahlenbündel 10 ausgeht. Die konstante

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Lage und Größe dieses Fläehenanteiles hat den Vorteil, daß die elektrooptische Ablenkvorrichtung sehr klein gewählt werden kann, ohne daß sich ihre Wirksamkeit vermindert. Der geeignete Ort an dem die Sammellinse ΐβ aufgestellt wird, ergibt sich aus der folgenden Gleichung .

1 ₊ _±_ ' _m .1 . Dabei ist {siehe Fig.l): Li + Lp L-2 f *..■■'*·"

L, der Abstand zwischen der Brennebene 15' und der durch eine Strichlinie angedeuteten Ebene innerhalb der Ablenkvorrichtung in der sich die Verlängerungen des in die Ablenkvorrichtung 12 ein- und austretenden mittleren Einzelstrahles des Strahlenbündels schneiden,

Lo der Abstand zwischen der Brennebene 15' und der Linse 16, L, der Abstand zwischen der Linse 16 und der Eintrittsebene der Ablenkvorrichtung 20 und

f die Brennweite der Linse 16.

Wenn der Abstand zwischen der Sammellinse l6 und der Brennebene 15' gerade so groß wie die Brennweite der Linse ist, so fallen die das Strahlenbündel 10 bildenden Einzelstrahlen (z.B.10a,10b)

parallel,
im wesentlichen/auf die Eingangsfläche der Ablenkvorrichtung 20 ein. Ist der Abstand der Linse 16 von der Ebene 15' größer als die Brennweite, so werden die Einzelstrahlen in der Eingangsebene der Ablenkvorrichtung gebündelt.In diesem Falle ist die Fläche,auf die das Strahlenbündel in der Eingangsebene der Ablenkvorrichtung 20 auftrifft, weitgehend unabhängig von dem Ausgangspunkt 11a bis lic in der Brennebene 15'. In Figur 1 wird das Strahlenbündel 10 in Richtung zur Eingangsebene der Ablenkvorrichtung 20 hin gebündelt.

Bei weniger großen Genauigkeitsansprüchen ist es auch möglich, in dem erfindungsgemäßen optischen Ablenksystem auf die Sammellinse zu verzichten. In diesem Falle wird die Ablenkvorrichtung in der Nähe der Strahlbündelungseinheit 14 angeordnet. Dabei ist

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insbesondere zu beachten, daß die Ausgangsebene 24 dicht hinter der Ablenkvorrichtung 20 angebracht sein muß, damit zwischen zwei ursprünglichen auf dieser Ebene abgebildeten Bezirken zumindest immer noch ein weiterer Bezirk Platz hat. Das bedeutet, daß die Lage der Ausgangsebene 24 so gewählt sein muß, daß die Gebiete l4a bis l4c auf dieser Ebene genügend klein abgebildet werden. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Eingangsebene der zweiten Ablenkvorrichtung 20 in Höhe der Brennebene 15' der Strahlbündelungseinheit anzuordnen, wobei dafür gesorgt werden muß, daß die Eingangsebene der Ablenkvorrichtung so groß ist, daß das in Abhängigkeit von seiner Winkelstellung an verschiedenen Orten der Eingangsebene · de'r ? Ablenkvorrichtung auftreffende Strahlenbündel tatsächlich auch immer ganz von der Ablenkvorrichtung aufgenommen wird.

In Figur 2 ist ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt, daß sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in Figur 1 im wesentlichen durch die Verwendung zusätzlicher passiver optischer Bauelemente unterscheidet. Gleichartige Elemente und Baugruppen in den beiden Ausführungsbeispielen haben auch die gleichen Bezugszeichen. Das Strahlenbündel 10 in Figur 2 geht von einer Strahlenquelle 30 aus, die vorzugsweise ein Laser ist. Die Linsen J>2 und ~$k bilden ein optisches System zur Vergrößerung des Durchmessers des Laserstrahles 10. Durch die Vergrößerung des Laserstrahldurchmessers erzielt man einen größeren Beugungsoder Ablenkwinkel . der erstenAblenkvorrichtung 12, da die Wirksamkeit dieser Ablenkvorrichtung durch die größere Breite des diese Vorrichtung durchdringenden Strahlenbündels angehoben wird. Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich, besteht die Strahl-, führungseinheit im Gegensatz zu Figur 1 aus zwei Bauelementen, den Linsen 16 und 44. Die Sammellinse 16 ist von der Brennebene 15¹ der Strahlbündelungseinheit 14 um den Betrag der Brennweite der Linse 16 entfernt, so daß die von dem Strahlenschnittpunkt ausgehenden Einzelstrahlen des Strahlenbündels nach dem Durchdringen der Linse 16 parallel zueinander verlaufen, wie es durch die Einzelstrahlen 10a und 10b am Rande des Strahlenbündel

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angezeigt ist. Unmittelbar vor der Eingangsebene der zweiten Ablenkvorrichtung 20 befindet sich die Sammellinse 44, die die parallellaufenden Einzelstrahlen des Strahlenbündels auf die Ausgangsebene 24 bündelt. Die Verwendung der beiden Linsen 16 und 44 in der in Figur 2 gezeigten Anordnung hat gegenüber der einzelnen Sammellinse 16 nach Figur 1 den Vorteil, daß wiederum der die Ablenkvorrichtung 20 durchdringende Strahl verbreitert und damit die ablenkende Wirkung dieser Vorrichtung vergrößert wird. Das bedeutet mit anderen Worten ausgedrückt, daß das in seiner Herstellung sehr teuere elektrooptische Material der Ablenkvorrichtung optimal ausgenutzt wird. Bei Verwendung der Linse 44indastrahlführungs einheit ergibt sich ein Ablenkwinkeibereich für die Ablenkvorrichtung 20, der durch die Größe W/f bestimmt ist, wobei W für die von dem Strahlenbündel belichtete Fläche der Ablenkvorrichtung 20 und f für die Brennweite der Linse 44 steht. Die Brennweite der Linse 44 wird so gewählt, daß das abgelenkte Strahlenbündel 10 innerhalb der Ablenkvorrichtung 20 verläuft.

Die Wirkungsweise des bevorzugten Ausführungsbeispieles nach Figur 2 gleicht im wesentlichen der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispieles nach Figur 1. Nachfolgend wird die Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispieles beschrieben. Ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel bündelt die aus nebeneinander in einer Ebene angeordneten Sammellinsen bestehende Strahlbündelungseinheit l4 das auf die einzelnen Linsen nacheinander einfallende Strahlenbündel und bildet es ' - punktförmig auf der Brennebene 15' ab, wobei jeder mit dem Strahlenbündel beaufschlagten,ein Gebiet ausfüllenden Linse 14a bis l4c ein Punkt auf der Ebene 15' zugeordnet ist. Durch die Abbildung. -

erhält man,wie schon im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeiepiel beschrieben, in der Brennebene einen vergrößerten Zwischenraum zwischen den einzelnen Positionen des Strahlenbündele, Die auf der Brennebene 15' abgebildeten Gebiete

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werden mittels der Linsen 16 und 14 auf die Ausgangsebene 24 abgebildet, wobei der relativ große Zwischenraum zwischen den Punkten auch bei den abgebildeten Punkten auf der Ausgangsebene 24 erhalten bleibt. Läßt man einmal die Wirkung der zweiten Ab_r lenkvorrichtung außer Acht, so wird also jedem Gebiet l4a bis l4c auf der Brennebene 15' ein bestimmter Punkt 11a bis lic und diesem auf der Ausgangsebene ein bestimmter ursprünglicher Bezirk 11a¹ bis lic¹ zugeordnet, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Bezirken ein relativ großes freies Gebiet auf der Ausgangsebene liegt. Die zweite Ablenkvorrichtung dient nun dazu, in Abhängigkeit von dem in Form eines elektromagnetischen Feldes auf sie einwirkenden Eingangssignales, den gebündelten Strahl innerhalb des dem ursprünglichen Bezirk zugeordneten Gebietes um einen bestimmten Betrag abzulenken, so daß dieser gebündelte Strahl nur dann den ursprünglichen Bezirk erreicht, wenn das Eingangssignal an der Ablenkvorrichtung Null ist.. Ist das Eingangssignal an der Ab-? lenkvorrichtung 20 ungleich Null, so wird das Strahlenbündel dementsprechend abgelenkt und die Lage des auf die Ausgangsebene 24 auftreffenden Strahles dementsprechend verschoben. Die Folge davon sind eine Reihe weiterer, dem jeweiligen ursprünglichen Bezirk zugeordneter, Bezirke, auf die der Strahl treffen kann, was zum Beispiel bei der Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Ablenksystemes in einer optischen Datenspeichereinrichtung einer Vergrößerung der Speicherkapazität entspricht. Die Zahl der durch die entsprechende Dimensionierung der Eingangssignale an den Ablenkvorrichtungen 12 und 20 durch das Strahlenbündel 10 erreichbaren Bezirke 1st gleich dem Produkt aus den von der ersten Ablenkvorrichtung angestrahlten auflösbaren Gebieten und der AnzahI71n einem Bereich von der zweiten Ablenkvorrichtung ansteuerbaren Bezirke.

Figur 3 ist die schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles, in dem sowohl die erste als auch die zweite Ablenkvorrichtung jeweils mit zwei anstatt einer Ablenkeinheit versehen ist. Der Vorteil des dritten Ausführungsbeispieles besteht im wesentlichen darin, daß das Strahlenbündel 10 durch die einzelnen

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Ablenkeinheiten nacheinander jeweils in zwei Richtungen abgelenkt wird, so daß sich eine flächenhafte anstatt einer zellenförmigen Anordnung der einzelnen auflösbaren Bezirke ergibt, was bei einer optischen Datenspeichereinrichtuhg eine Potenzierung der Speicherkapazität bedeutet. Zur Wirkungsweise des dritten Ausführungsbeispieles ist folgendes zu sagen. Das beispielsweise von einem Laser ausgehende Strahlenbündel wird von der ersten Ablenkeinheit der ersten Ablenkvorrichtung in der einen Richtung abgelenkt, die nachfolgend als x-Richtung bezeichnet werden soll. Nachdem das Strahlenbündel durch die Ablenkeinheit 50 in x-Richtung abgelenkt wurde, wird sie nachfolgend von der ebenfalls zur ersten Ablenkvorrichtung gehörenden zweiten Ablenkeinheit 52 in einer zweiten Richtung abgelenkt, wobei diese Richtung als y-Richtung bezeichnet werden soll. Die beiden Ablenkrichtuhgen stehen vorteilhafterweise senkrecht aufeinander, was aber nicht sein muß. Nach dem Durchdringen der beiden Ablenkeinheiten 50 und 52 fällt das Strahlenbündel 10 in Abhängigkeit von der auf das Bündel ausgeübten Ablenkung auf eine der zu der Strahlbündelungseinheit 54 gehörenden Linsen, wobei diese Linsen den gleichen Aufbau haben wie die im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Linsen 14a bis l4c. Der wesentliche Unterschied der Strahlbündelungseinheiten 14 nach Figur 1 und 2 und der Strahlbündelungseinheit 54 nach Figur 3 besteht darin, daß in Figur 1 und 2 die Linsen zellenförmig, in Figur J5 aber die Linsen flächenförmig angeordnet sind. Ebenso wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird auch im dritten Ausführungsbeispiel das Strahlenbündel hinter der Strahlbündelungseinheit 54 punktförmig gebündelt, und diese Punkte werden nachfolgend durch eine aus einer Sammellinse 16 bestehende Strahlführungseinheit auf der Ausgangsebene 24 abgebildet. Um jeden der ursprünglichen Bezirke auf der Ausgangsebene 24 liegt ein relativ großer flächenhafter Bereich, innerhalb dessen der gebündelte Strahl von der aus zwei Ablenkeinheiten 60 und 62 bestehenden zweiten Ablenkvorrichtung abgelenkt werden kann, wodurch sich innerhalb dieses Bereiches eine Reihe weiterer auflösbarer Bezirke ergeben. Die Anzahl der benötigten Linsen richtet sich wiederum nach der Zahl der mit Hilfe der Ablenkvorrichtung erzielbaren auflösbaren

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Winkellagen, wobei bei einer bevorzugten Ausführungsform des dritten Ausführungsbeispieles in der die erste Ablenkeinheit M Winkellagen in x-Richtung und die zweite Ablenkeinheit N" Winkellagen in y-Richtung besitzt, die Strahlbündelungseinheit 54 mit M · N einzelne Linsen aufweist,die sich aus N Zeilen von M in x-Ri<chtung hintereinander angeordneten Linsen zusammensetzen.

Die aus der Sammellinse 56 bestehende Stralführungseinheit bündelt das Strahlenbündel 10 derart, daß es,unabhängig von welcher der Linsen der Strahlbündelungseinheit 54 das Strahlenbündel ausgeht, immer auf den gleichen Flächenbereich innerhalb der Eingangs- > ebene der zweiten Ablenkvorrichtung auftrifft. Das von der Sammellinse 56 auf die Ausgangsebene 24 gebündelte Strahlen-

_fc bündel 10 wird von der ersten Ablenkeinheit 60 der zweiten Ablenkvorrichtung um einen bestimmten Betrag in der einen und von der zweiten Ablenkeinheit 62 der zweiten Ablenkvorrichtung um einen bestimmten Betrag in einer anderen Richtung abgelenkt, wobei die Größe der einzelnen Ablenkungen so gewählt ist, daß das Strahlenbündel noch innerhalb des zum entsprechenden ursprünglichen Bezirk gehörigen Bereiches auf die Ausgangebene auftrifft. Es ist vorteilhaft, wenn die Ablenkrichtungen der Ablenkeinheiten 60 und 62 senkrecht aufeinanderstehen und wenn die Ablenkeinheit 60 das Strahlenbündel in x-Richtung und die Ablenkeinheit 62 das Strahlenbündel in y-Richtung ablenkt. Die Gesamtzahl der auflösbaren Bezirke auf der Ausgangsebene ist somit gleich dem Produkt aus der Anzahl der von der ersten Ablenkvorrichtung erreich-

P baren auflösbaren Gebiete auf der Strahlbündelungseinheit 54 und der Anzahl der von zweiten Ablenkvorrichtung innerhalb eines Bereiches auf der Ausgangsebene 24 ansteuerbaren auflösbaren Bezirke. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 arbeitet die erste Ablenkvorrichtung digital, wobei die digitale Wirkungsweise dieser Ablenkvorrichtung noch durch das Linsensystem der Strahlbündelungseinheit unterstützt wird. Die aus den beiden Ablenkeinheiten 60 und 62 bestehende zweite Ablenkvorrichtung arbeitet entweder analog oder digital.

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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles nach Figur 3 laßt sich noch dadurch verbessern, daß man das Ablenksystem zusätzlich zu der Sammellinse 56 noch mit weiteren Sammellinsen versieht. Eine dieser zusätzlichen Sammellinsen kann beispielsweise zwischen der ersten Ablenkeinheit 50 und der zweiten Ablenkeinheit 52 der ersten Ablenkvorrichtung angeordnet sein, wobei diese zusätzliche Linse dafür sorgt, daß das aus der Ablenkeinheit austretende Strahlenbündel 10 immer auf das gleiche Gebiet in der Eingangsebene der zweiten Ablenkeinheit geworfen wird. Analog hierzu kann eine weitere Linse zwischen der Ablenkeinheit 60 und der Ablenkeinheit 62 angeordnet werden, die dafür sorgt, daß das aus der Ablenkeinheit 60 austretende Strahlenbündel immer auf das gleiche Gebiet der Eingangsebene der Ablenkeinheit 62 geworfen wird. Weiterhin kann es wünschenswert erscheinen, zusätzliche SammellinsmJeweils unmittelbar vor den Ablenkeinheiten 52,6o und 62 anzubringen, wobei die Aufgabe'dieser zusätzlichen Sammellinsen der Aufgabe der Sammellinse 44 im zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen würde.

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Claims

Patentansprüche

1) Optisches Ablenksystem, dadurch gekennzeichnet, daß eine steuerbare erste Ablenkvorrichtung (12) vorgesehen ist, ate ein abzulenkendes Strahlenbündel (10) in Abhängigkeit vom Steuersignal an der ersten Ablenkvorrichtung auf eines von einer Anzahl örtlich voneinander getrennt nebeneinander in einer Ebene liegender Gebiete (14a bis 14c) lenkt,

daß eine Strahlbündelungseinheit (14) vorgesehen ist, auf deren Eintrittsebene (15) die Gebiete liegen und die das sie durchdringende Strahlenbündel auf den Gebieten zugeordnete in einer Ausgangsebene (24) getrennt voneinander liegende Bereiche (lla¹, Ha") bündelt,

daß in den Strahlengang zwischen der Strahlbündelungseinheit und der Ausgangsebene eine steuerbare zweite Ablenkvorrichtung (20) eingefügt ist, die das von einem der Gebiete (z.B. l4a) kommende Strahlenbündel in Abhängigkeit vom Steuersignal an der zweiten Ablenkvorrichtung innerhalb des dem betreffenden Gebiet (z.B. l4a) zugeordneten Bereichs (Ha' bis Ha") auf einen bestimmten Bezirk (Ha¹ oder Ha") lenkt, wobei die Flächenausdehnung eines Bezirkes erheblich unter der eines Gebietes liegt.

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2. Ablenksystem nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Ausgangsebene von der S.trahlbündelungseinrichtung (14) weg aus deren Bündelungsebene . (1-5¹) verschoben und in den Strahlengang zwischen der Strahlbündelungseinheit (l4) und der zweiten Ablenkvorrichtung (20) eine Strahlführungseinheit (ΐβ) eingefügt ist, die das Strahlenbündel (10) unabhängig von welchem Gebiet (14a bis l4c) es herkommt, immer ungefähr auf den gleichen Flächenabschnitt der Eintrittsebene der zweiten Ablenkvorrichtung führt.

3· Ablenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlbündelungseinheit (l4) mit einzelnen, nebeneinander in einer Ebene liegenden,jeweils ein Gebiet ausfüllenden Sammellinsen (14a bis l4c) versehen ist, von denen jede etwa den Durchmesser des von ihr ausgefüllten Gebietes besitzt.

4. Ablenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn ζ e i c h η e t, daß die Strahlbündelungseinheit (14) mit einzelnen nebeneinander in einer Ebene liegenden, jeweils ein Gebiet ausfüllenden Zerstreuungslinsen versehen ist, von denen jede etwa den Durchmesser des von ihr ausgefüllten Gebietes besitzt.

5. Ablenksystem nach einem der Ansprüche2 bis 4, d a du r c h g e k e η η ζ ei ohne t, daß die Strahlführungseinheit mit einer ersten Sammellinse (16) versehen ist, welche die das Strahlenbündel (10) bildenden Einzelstrahlen (10a,10b) etwa parallel zueinander laufend auf den Flächenabschnitt auftreffen läßt.

6. Ablenksystem nach Anspruch 5 » dadurch g e k e η η ze lehne t, daß zu der StrahlfUhrungseinheit (l6,44) noch eine zweite Sammellinse (44) gehört, die dicht vor der zweiten Ablenkvorrichtung (20) angeordnet ist, und daß die Brennweiten der beiden Sammellinsen (16,44) so gewählt

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sind, daß der Fläohenabschnitt möglichst groß wird (Figur 2).

7. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Ablenkvorrichtungen aus zwei hintereinanderliegenden steuerbaren Ablenkeinheiten (5.0,52 bzw. 60,62) besteht., von denen sowohl die zu der ersten Ablenkvorrichtung gehörende erste und zweite Ablenkeinheit (50,52) als auch die zu der zweiten Ablenkvorrichtung gehörende dritte und vierte Ablenkeinheit (60,62) voneinander unabhängig steuerbar sind.(Figur 3)·

8. Ablenksystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Ablenkeinheit (50,52) den Strahl jeweils in einer von zwei vorzugsweise senkrecht zueinanderstehenden Koordinatenrichtungen (xy) ablenken,

daß zu jedem der Gebiete (l4a bis 14c) jeweils einer von einer entsprechenden Anzahl in den gleichen Koordinatenrichtungen angeordneter Bereiche (z.B. 11a' bis 11a") au/" der Ausgangsebene (24) zugeordnet ist und daß die dritte und vierte Ablenkeinheit (βθ₅β2) in Abhängigkeit von dem ihnen zugeführten Steuersignal das Strahlenbündel innerhalb des Bereiches in zwei weiteren Koordinatenrichtungen (z.B. x,y) ablenken.

9. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens eine der Ablenkvorrichtungen (12,20;50,52,60,62) elektrisch gesteuert wird.

10. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Ablenkvorrichtungen (12,20;50,52,60,62) digital arbeitet.

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