DE2264173B2 - Optisch mechanisches abtastsystem - Google Patents
Optisch mechanisches abtastsystemInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisch mechanisches Abtastsystem mit einer rotierenden Scheibe, die
an ihrem Umfang aufeinanderfolgend mit Beugungsgittern bzw. Hologrammen besetzt ist, die nacheinander in
den im wesentlichen axial gerichteten Strahl eines Lasers gelangen, wobei sich an den aufeinanderfolgenden
Beugungsgittern bzw. Hologrammen während der Rotation der Scheibe jeweils eine derart ändernde
Strahlablenkung ergibt, daß aufeinanderfolgend mehrere nebeneinanderliegende Abtastzeilen durchlaufen
werden. ...
Ein Abtastsystem dieser Art ist bekannt. Bei der
bekannten Konstruktion sind am Umfang der rotierenden Scheibe aufeinanderfolgend Beugungsgitter bzw.
S Hologramme angeordnet. Diese werden bei Rotation der Scheibe kurzzeitig voll, zeitweise aber auch nur
ausschnittsweise und gleichzeitig mit einem Nachbarbeugungsgitter ausgeleuchtet. Das bringt unerwünschte
Heiligkeitsschwankungeii und Überlagerungen mit sich.
ι ο Darunter leidet die Bildqualität.
Aufgabe der Erfindung ist es, für die bekannte Konstruktion eine derartige Abwandlung des Aufbaus
und der Ausleuchtung vorzuschlagen, daß trotz Beibehaltung einer kompletten Abtastung sämtlicher
Abtastzeilen Überlagerungen ausgeschlossen sind.
Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß nur eine schmale radial erstreckte Zone des jeweils im
Strahlengang befindlichen Beugungsgitters beleuchtet ist, und daß die Gitterkonstante innerhalb jedes
Beugungsgitters in radialer Richtung konstant ist und sich in Umfangsrichtung als lineare Funktion des
Drehwinkels der Scheibe fortschreitend ändert.
Durch eine solche Ausbildung und Ausleuchtung wird folgendes erreicht: Das Ausleuchten nur einer schmalen
radial erstreckten Zone jedes Beugungsgitters führt dazu, daß eine gleichzeitige Ausleuchtung verschiedener,
in Umfangsrichtung benachbarter Beugungsgitter unterbleibt. Es wird also jeweils nur eine bestimmte
Stelle eines bestimmten Beugungsgitters ausgeleuchtet.
Das bringt aber Schwierigkeiten deshalb mit sich, weil der Lichtstrahl dabei über die Abtastzeilen geführt
werden muß. Diese Schwierigkeit wird nun dadurch beseitigt, daß innerhalb jedes Beugungsgitters die
Gitterkonstante in Umfangsrichtung eine lineare Funktion des Drehwinkels der Scheibe ist. Bei Drehung
der Scheibe wird somit die schmale radiale Zone, die jeweils ausgeleuchtet wird, eine sich ständig ändernde
Gitterkonstant·: haben. Dadurch ändern sich die Beugungsverhältnisse derart, daß eine Abtastung in
Abtastzeilen erfolgt. Dabei ist für eindeutige Verhältnisse dadurch gesorgt, daß in radialer Richtung die
Gitterkonstante keinen Veränderungen ausgesetzt ist. Ein derartiges Gitter wird in der Praxis am einfachsten
als Strichgitter realisiert.
Gemäß einer /■ -.^gestaltung des Abtastsystems ist im
Strahlengang des vom Laser ausgehenden kohärenten Lichtstrahls eine die Lichtquelle auf einen Radius der
Scheibe abbildende zylindrische Linse angeordnet. Auf diese Weise wird besonders einfach eine Ausleuchtung
erreicht, die sich auf eine schmale radiale Zone beschränkt.
Beugungsgitter bzw. Hologramme auf der Scheibe sind zweckmäßig in Umfangsrichtung in aneinander
anschließenden gleichen Sektoren angeordnet. Bei einer Anordnung der Hologramme in Kreisform bleiben
selbst bei dichter Anordnung der Kreise nebeneinander, erhebliche Teile des Umfangsbereiches der Scheibe für
die Ablenkung unausgenützt. Wegen des Auflösungsvermögens ist sogar ein gewisser Abstand der Kreise
bisher notwendig gewesen. Damit sinkt der Wirkungsgrad weiter. Wegen der Ausleuchtung in einer schmalen
radialen Zone ist nunmehr beim Anmeldungsgegenstand die Möglichkeit gegeben, den gesamten Umfangsbereich
für die Ausleuchtung auszunützen und dabei die
f>5 kreissektorförmigen Beugungsgitter in einem Ring am
Umfang der Scheibe jeweils unmittelbar aneinander anschließen zu lassen.
Eine gewisse Schwierigkeit besteht noch darin, eine
Eine gewisse Schwierigkeit besteht noch darin, eine
Scheibe herzustellen, die den oben erläuterten Vorschriften genügt. Ablenkungsscheiben für die oben
erläuterten Abtastsysteme werden zweckmäßig mit der Technik zum Herstellen von Hologrammen erzeugt.
Dabei wird zunächst die Scheibe mit einer strahlungs- 5
empfindlichen Schicht abgedeckt und anschließend durch zwei von einer Quelle kohärenter Strahlung
•ausgehende, aufgrund unterschiedlicher Weglängen interferierender Strahlen belichtet. Bei der Herstellung
einer Ablenkungsscheibe für das oben erläuterte io Abtastsystem wird diese Herstellungstechnik nun so
ausgestaltet, daß die Scheibe während der Belichtung der strahlungsempfiudlichen Schicht gedreht und der
Einfallswinkel des einen der beiden interferierenden Strahlen relativ zum anderen innerhalb aufeinanderfol- '5
eender, je einem bei der Belichtung erzeugten Beugungsgitter entsprechenden Perioden zur Veränderung
des Interferenzmusters und damit der Gitterkonstante mit dem Drehwinkel der Scheibe verändert wird.
Das geschieht beispielsweise dadurch, daß ein in den 20 einen Strahlengang geschalteter oszillierender Spiegel
mit konstanter Winkelgeschwindigkeit verdreht und der als Drehantrieb der Scheibe dienende Motor synchron
hierzu angetrieben wird. Auf diese Weise ist es ohne besonderen Aufwand möglich, eine Ablenkungsscheibe 25
herzustellen, die an ihrem Umfang in aufeinanderfolgenden Sektoren eines Ringbereiches Beugungsgitter
aufweist, deren Gitterkonstante sich in Umfangsrich-
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 3° dargestellt. Es zeigt
Fi g. 1 eine Draufsicht auf eine Ablenkungsscheibe
nach dem Stand der Technik,
Fig 2 und 3 schematische Darstellungen zur Erläuterung der sich bei einer Ablenkungsscheibe nach
F i g 1 ergebenden Abtastverhältnisse,
Fi g 4 und 5 zwei Ausführungsformen von Vorrichtungen
zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Ablenkungsscheibe, und · . . · ·
F i g 6 schematisch eine Darstellung der sich bei einer
mit den Vorrichtungen nach den Fig.4 und 5
hergestellten Ablenkungsscheibe ergebenden Abtastverhältnisse. .
Fiel zeigt eine Ablenkungsscheibe 31 mit an ihrem
Umfang verteilt angeordneten kreisförmigen Beueunesgittern 32. Die Ablenkungsscheibe wird bei ihrer
Verwendung in einem optisch mechanischen Abtastsystem
um eine Achse gedreht, die im Mittelpunkt der kreisförmigen Scheibe senkrecht zur Ebene der F1 g 1
steht Gleichzeitig wird ein Umfangspunkt der Scheibe mit einem gebündelten Lichtstrahl kohärenten Lichtes
ausgeleuchtet. . .
Fi R 2 zeigt die Intensitätsverhältnisse, die steh bei
der aufeinanderfolgenden Ausleuchtung der Beugungsgitter 32 mit dem Lichtfleck 33 ergeben, der vorn
Lichtstrahl auf der Ablenkungsscheibe 31 erzeugt wird. Man erhält Intensitätsmaxima dann, wenn Beugungsgitter
32 und Lichtneck 33 konzentrisch liegen, wie in Fig 2 links außen angedeutet. Fällt jedoch der
Lichtfleck 33 auf die Lücke zwischen benachbarten Beugungsgittern 33, so wird die Intensität verringert,
überdies kommt es dann zu einer gleichzeitigen Ausleuchtung zweier benachbarter Beugungsgitter und
damit zur Erzeugung von zwei Abtastpunkten Das tragt
zur erheblichen Verschlechterung der Bildquahtat bei. <>5
Fi R 3 zeigt die Verhältnisse, die sich dann ergeben,
wenn man die Beugungsgitter 32 so weit voneinander ahriickt. daß der Abstand benachbarter Beugungsgitter
größer ist als der Durchmesser eines Lichtflecks 33. Bei einer solchen Anordnung ist es selbstverständlich '
unmöglich, daß ein Lichtfleck zwei benachbarte Beugungsgitter gleichzeitig ausleuchtet und man auf
diese Weise zwei Abtastpunkte erhält. Nachteilig ist aber immer noch, daß man eine schwankende Intensität
erhält, die durch das Vorliegen von Teilüberdeckungen der Beugungsgitter 32 mit dem Lichtfleck 33 bedingt ist.
Außerdem erhält man kein kontinuierliches Ausgangssignal, sondern erhebliche Zeitintervalle zwischen
aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen. Ebenso wie bei F i g. 2 ist es also auch bei F i g. 3 unmöglich, ein
konstantes Auflösungsvermögen und eine gut gleichbleibende Bildqualität bei der Abtastung zu erzielen.
Anhand der Fig.4 und 5 wird im folgenden die
Herstellung einer Ablenkungsscheibe beschrieben werden, bei der diese Nachteile beseitigt sind. Zunächst soll
aber anhand von F i g. 6 die Ablenkungsscheibe bzw. das mit ihr arbeitende Abtastsystem erläutert werden.
F i g. 6 zeigt eine Ablenkungsscheibe 61, die an einem Kreisringbereich ihres Umfanges im Kreissektoren
unmittelbar aufeinanderfolgende Beugungsgitter aufweist. Die Beugungsgitter bestehen aus einem reinen
Strichmuster. Es wird nun ein Lichtstrahl 62 kohärenten parallelen Lichtes von einem Laser auf eine zylindrische
Linse 63 gerichtet. Der Lichtstrahl wird von dieser Linse auf den Radius χ abgebildet, der in der Ebene der
Ablenkungsscheibe 61 liegt und durch deren Mittelpunkt O hindurchgeht. Eine auf der Ebene der
Ablenkungsscheibe 61 stehende Normale Z lallt dabei mit der Richtung des Lichtstrahles 62 zusammen.
Insoweit hat man sich die Darstellung von Fig.6
räumlich vorzustellen. Der von der zylindrischen Linse 63 auf den Radius χ der Ablenkungsscheibe 61
abgebildete Lichtstrahl 62 erfährt nun am Beugungsgitterabschnitt des sich jeweils unter dem Radius χ
befindenden Beugungsgitters, eine Ablenkung mit einem Ablenkungswinkel q\ der dem Winkel zwischen
den interferierenden Lichtstrahlen entspricht, die bei der holografischen Herstellung des Beugungsgitters
gemäß F i g. 4 vorliegen.
Rotiert nun die Ablenkungsscheibe 61 um ihre Achse, die auf dem Scheibenmittelpunkt O senkrecht steht, so
fällt mit dem Radius χ der Ablenkungsscheibe ständig ein neuer Abschnitt des Beugungsgitter zusammen.
Dabei ändert sich aber auch ständig die im Bereich der Abbildung des Lichtstrahles 62 auf den Radius χ zur
Ablenkung wirksame Gitterkonstante, so daß auch der Ablenkungswinkel φ eine entsprechende Änderung
erfährt und zwar in einem Schwankungsbereich Δφ, der von der Rotation des Spiegels 44 und der entsprechenden
Veränderung des Signallichtstrahls 48 bei der Vorrichtung nach F i g. 4 herrührt.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 kann der für jedes Beugungsgitter einen Schwankungsbereich Δφ
überstreichende abgelenkte Lichtstrahl wieder in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt werden, indem man
eine weitere zylindrische Linse 64 in seinen Strahleneang bringt. Dadurch wird die gewünschte Abtastung
erzielt. Hierfür wird die KreisringHäche der Ablenkungsscheibe 61 beispielsweise in fünfzig gleiche
Sektoren unterteilt, von denen jeder Sektor AOB das Beugungsmuster für einen Abtastzyklus enthält, innerhalb
dessen sich die Gitterkonstante kontinuierlich ändert. Die Ablenkungsscheibe 6t rotiert beispielsweise
mit 18 000 U/min. Beträgt der Durchmesser D der Ablenkungsscheibe 61 100 mm, so erhält man für die
Bogenlänge Aß eines jeden Sektors 6 mm. Bei einer
Auflösung von 500 Linien muß dann die halbe Breite der beleuchteten radialen Zone längs des Radius χ
6/500 mm = 12 Mikrometer betragen, was der Auflösung der zylindrischen Linse 63 entspricht. Soll mit Hilfe
des Abtastsystems bei jedem vollen Umlauf der Ablenkungsscheibe ein volles Fernsehbild abgetastet
werden, so muß der kreisringförmige Umfangsabschnitt der Ablenkungsscheibe 61 beispielsweise in 275 gleiche
Sektoren unterteilt werden, von denen jeder für die Lichtpunktabtastung einer Horizontalzeile des Fernsehbildes
dient. Die Ablenkungsscheibe dient dabei dazu, den Lichtpunkt jeweils über die Zeile zu führen. Für die
Verlagerung der Abtastung von einer Fernsehzeile zur nächsten beim Überfahren der Sektortrennlinien A, B
... wird eine beliebige zusätzliche Einrichtung herangezogen, beispielsweise ein niederfrequent oszillierender
Spiegel.
Eine Möglichkeit zur Herstellung einer Ablenkungsscheibe 61 zeigt Fig.4. Ein Schlitz 41 wird mittels
Linsen 42 und 43 auf einen oszillierenden Spiegel 44 abgebildet. Das vom Spiegel reflektierte Licht wird
mittels weiterer Linsen 45 und 46 auf einer Bildfläche 47 abgebildet, die eine strahlungsempfindliche Schicht
trägt. Der Signalstrahl 48 interferiert auf der Bildfläche mit einem Bezugsstrahl 49, wobei die Schlitze Si und S2
von ein und derselben Lichtquelle kohärenten Lichtes ausgeleuchtet werden. Überdies läßt man die Bildfläche
47 mit Hilfe eines Motors 50 umlaufen. Der Antrieb des Motors 50 ist mit demjenigen des Spiegels 44
synchronisiert, der den Spiegel 44 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit langsam verdreht. Das durch
die interferierenden Lichtstrahlen auf der Bildfläche erzeugte Streifenmuster dient später als Beugungsgitter
der Ablenkungsscheibe und hat aufgrund der Art seiner Herstellung eine sich innerhalb eines Beugungsgitters
stetig ändernde Gitterkonstante.
Eine abgewandelte Ausführungsform zur Herstellung der Ablenkungsscheibe 61 ist in F i g. 5 gezeigt. Das Bild
eines ausgeleuchteten Schlitzes 51 wird über Linsen 52 und 53 auf einen oszillierenden Spiegel 54 gebracht.
Linsen 55 und 59 dienen der Abbildung auf einer Bildfläche 60. Im Strahlengang zwischen den Linsen 55
und 59 liegt weiter ein Prisma 56, mit dem die Abbildung eines Schlitzes 57 über eine Linse 58 und weiter
ebenfalls über die Linse 59 auf die Bildfläche 60 gelangt, auf der wiederum das Interferenzmuster entsteht, wenn
die Schlitze Si und S2 ausgehend von einer Quelle
kohärenter Strahlung ausgeleuchtet werden.
Mit dem System nach Fig.4 kann für eine Ablenkungsscheibe 61 eine Auflösung von beispielsweise
500 Linien erreicht werden, wenn folgende Werte eingehalten werden: r = 360°/50 = 7,2°, Schlitzbreite
/ = 5 mm, maximale Streifenkonstante dWix — 3,7 Mikrometer,
minimale Streifenkonstante dmm = 3 Mikrometer,
Wellenlänge des Laserlichtes λ = 632,8 Nanometer. Bei der Aufzeichnung des Beugungsgiters ist ein
Auflösungsvermögen von ungefährt 10 Mikrometer erforderlich.
Die Ablenkungsscheibe 61 mit den Beugungsgittern der oben beschriebenen Beschaffenheit kann in der
Massenproduktion billig hergestellt werden. Falls das Beugungsgitter ein Strich- oder Amplitudengitter ist
genügt für die Massenproduktion ein Kontaktdruckverfahren. Falls es sich beim holografischen Beugungsgittei
um ein Phasengitter handelt, eignen sich Herstellungs verfahren, wie sie bei der Schallplattenherstellunj
Verwendung finden. Dabei wird die nach F i g. 4 oder i hergestellte Original-Ablenkungsscheibe 61 als Preß
form verwendet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Optisch mechanisches Abtastsystem mit einer rotierenden Scheibe, die an ihrem Umfang aufeinanderfolgend
mit Beugungsgittern bzw. Hologrammen besetzt ist, die nacheinander in den im wesentlichen
axial gerichteten Strahl eines Lasen; gelangen, wobei sich an den aufeinanderfolgenden Beugungsgittern
bzw. Hologrammen während der Rotation der Scheibe jeweils eine derart ändernde Strahlablenkung
ergibt, daß aufeinanderfolgend mehrere nebeneinanderliegende Abtastzeilen durchlaufen
werden, dadurch gekennzeichnet, daß nur
eine schmale radial erstreckte Zone (X) des jeweils im Strahlengang befindlichen Beugungsgitters
(AOB) beleuchtet ist, und daß die Gitterkonstante innerhalb jedes Beugungsgitters in radialer Richtung
konstant ist und sich in Umfangsrichtung als lineare
Funktion des Drehwinkels (τ) der Scheibe (61) fortschreitend ändert.
2. Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des vom Laser
ausgehenden kohärenten Lichtstrahls (62) eine die Lichtquelle auf einen Radius (X) der Scheibe (61)
abbildende zylindrische Linse (63) angeordnet ist.
3. Abtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsgitter bzw. Hologramme
auf der Scheibe (61) in in Umfangsrichtung aneinander anschließenden gleichen Sektoren
(AOB)angeordnet sind.
4. Verfahren zum Herstellen einer Ablenkungsscheibe für das Abtastsystem nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, wobei zunächst die Scheibe mit einer strahlungsempfindlichen Schicht abgedeckt
und anschließend durch zwei von einer Quelle kohärenter Strahlung ausgehende interferierende
Strahlen belichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe während der Belichtung der
strahlungsempfindlichen Schicht gedreht und der Einfallswinkel des einen der beiden interferierenden
Strahlen relativ zum anderen innerhalb aufeinanderfolgender, je der Erzeugung eines Beugungsgitters
entsprechender Perioden zur Veränderung des Interferenzmusters und damit der Gitterkonstante
mit dem Drehwinkel der Scheibe verändert wird.
5. Verfahren zum Herstellen einer Ablenkungsscheibe für das Abtastsystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang des einen der beiden interferierenden Strahlen ein
oszillierender Spiegel geschaltet ist, der mit konstanter Winkelgeschwindigkeit synchron mit dem als
Drehantrieb der Scheibe dienenden Motor angetrieben ist.
Applications Claiming Priority (1)
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