DE2550390A1

DE2550390A1 - Lichtstrahlablenkanordnung unter verwendung einer lichtfaser

Info

Publication number: DE2550390A1
Application number: DE19752550390
Authority: DE
Inventors: James T Russell
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1974-11-11
Filing date: 1975-11-10
Publication date: 1976-05-13
Also published as: NL7512994A; GB1526807A; CA1040908A; US3941927A; JPS5158963A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. RWj='Ck^an;*,

Dipl.-Ing. H. Wf eckmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. RA.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Hueer

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8 MÜNCHEN 36, DEM

POSTrACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Batteile Development Corporation Columbus, Ohio, V. St. A.

Lichtstrahlablenkanordnung unter Verwendung einer Lichtfaser

Die Erfindung bezieht sich generell auf eine Lichtstrahlablenkanordnung unter Verwendung einer Lichtfaser bzw. optischen Faser, welche mittels eines Wandlers in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal abgelenkt wird. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine solche Anordnung, bei der der betreffende Wandler eine an der Lichtfaser angebrachte Ablenkeinrichtung umfaßt und an einer einen elektrischen Strom abgebenden Stromquelle angeschlossen ist, um die betreffende Lichtfaser durch die Bewegung der Ablenkeinrichtung auszulenken. Die Lihttfaser-Ablenkeinrichtung der vorliegenden Erfindung eignet sich insbesondere für die Abtastung, von optischen Aufzeichnungen hoher Datendichte, welche Aufzeichnungen in Spuren von Datenpunkten aufgezeichnet sind, welche eine digitale Information darstellen (wie dies in der US-PS 3 501 586 angegeben ist) oder welche eine analoge

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Information darstellen, wie dies bei pulslängenmodulierten oder frequenzmodulierten Datenpunkten der Fall ist (wie dies in der US-PS 3 530 258 angegeben ist).

Es ist bereits bekannt (US-PS 3 470 320), einen Lichtabtaster unter Verwendung einer Lichtfaser zu betreiben, die elektrostatisch oder elektromagnetisch ausgelenkt wird. Eine elektromagnetische Auslenkungs- bzw. Ablenkanordnung bringt gegenüber eine elektrostatischen Auslenkungs- bzw. Ablenkanordnung einen Vorteil insofern mit sich, als sie eine geringere Impedanz besitzt, die sie für Transistoren geeigneter macht, welche für die Steuerung der Ablenkschaltungen verwendet werden. In der in der US-PS 3 470 320 angegebenen elektromagnetischen Ablenkanordnung ist jedoch ein Metallanker aus Eisen oder einem anderen magnetischen Material an der Glasfaser angebracht, um die Auslenkung dieser Glasfaser mit Hilfe von Elektromagneten zu .ermöglichen, deren Wicklungen an den Ablenksignalquellen angeschlossen sind. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß die Masse wesentlich erhöbt ist, die zur Auslenkung der Glasfaser bewegt werden muß. Dadurch vermindert sich der maximale Frequenzbereich, und die Signalamplitude steigt, mit der die Elektromagneten gesteuert werden müssen. Ein ähnliches Problem ergibt sich bei der Glasfaser-Ablenkanordnung nach der US-PS 2 530 258, bei der eine Glasfaser verwendet wird, die auf einem Streifen aus magnetischem Material angebracht ist, der die ausgelenkte Masse erheblich erhöht.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lichtstrahl-Ablenkanordnung zu schaffen, die sich durch einen einfachen und billigen Aufbau auszeichnet und bei der eine Lichtfaser verwendet wird, die mit Hilfe eines elektrischen Wandlers ausgelenkt wird, der ein an der Licht-

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faser angebrachtes stromführendes Element aufweist. Die neu zu schaffende Lichtfaser-Ablenkanordnung soll einen elektrischen Wandler umfassen, der die Lichtfaser in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal in einer schnellen und wirksamen Weise auszulenken gestattet. Überdies soll die neu zu schaffende Lichtfaser-Ablenkanordnung einen elektromagnetischen Wandler verwenden, in welchem ein elektrischer Strom durch einen Leiter geleitet wird, der an der Lichtfaser bzw. dem Lichtleiter angebracht ist, um ein magnetisches Feld um den betreffenden Lichtleiter herum zu erzeugen, so daß dieser elektromagnetisch abgelenkt bzw. ausgelenkt werden kann. Ferner soll die neu zu schaffende Lichtfaser bzw. Lichtleiter-Ablenkanordnung einen elektromagnetischen Wandler mit geringer Impedanz verwenden, so daß dieser Wandler durch einen Steuersignalstrom bei relativ geringer Spannung gesteuert werden kann. Außerdem soll bei der neu zu schaffenden Lichtfaser-Ablenkanordnung die Lichtfaser bzw. der Lichtleiter mittels eines piezoelektrischen Wandlers ausgelenkt werden können, welcher Wandler ein piezoelektrisches Element umfaßt, das an der Lichtfaser bzw. dem Lichtleiter angebracht ist. Überdies soll der bei der neu zu schaffenden Lichtfaser-Ablenkanordnung zu verwendende elektromagnetische Wandler einen magnetostriktiven Draht aufweisen, der an dem Lichtleiter bzw. der Lichtfaser mit einem Ende angebracht ist und dessen anderes Ende derart festgelegt ist, daß er den betreffenden Lichtleiter auslenkt, wenn ein Steuersignal durch den betreffenden Draht umgebende elektromagnetische Spulen geleitet wird. Schließlich soll die neu zu schaffende Lichtfaser-Ablenkanordnung in einer Nachlaufanordnung verwendung finden können, um mit Hilfe eines Lichtstrahls eine Abtastbewegung längs der Datenspur auf einem optischen Aufzeichnungsträger auszuführen.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe unter Vermeidung der eingangs aufgezeigten Probleme erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebene Lichtfaser-Ablenkanordnung.

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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form einer elektromagnetischen Ablenkanordnung ist ein dünner Draht oder eine leitende Schicht auf der Oberfläche des Lichtleiters bzw. der Lichtfaser aufgebracht, und ein elektrischer Strom wird durch den betreffenden Draht oder die leitende Schicht derart hindurchgeleitet, daß um diesen Lichtleiter oder um diese Lichtfaser ein magnetisches Feld erzeugt wird. Das den Lichtleiter bzw. die Lichtfaser umgebende Magnetfeld ermöglicht die Auslenkung des Lichtleiters bzw. der Lichtfaser mittels eines Elektromagneten oder mittels einer anderen elektromagnetischen Ablenkeinrichtung vorzunehmen, und zwar in Übereinstimmung mit einem der betreffenden Ablenkeinrichtung zugeführten Steuersignal. Als Ergebnis der Verringerung der Masse des ausgelenkten Lichtleiters bzw. der ausgelenkten

dieser Lichtfaser und des an diesem Leiter bzw./ Faser angebrachten leitenden Elementes zeigt sich, daß die Ablenkanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung imstande ist, bei einer höheren Frequenz zu arbeiten und weniger Leistung zu verbrauchen als bisher bekannte Anordnungen. Überdies werden noch weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, die andere Wandleranordnungen für die Auslenkung der Lichtfaser bzw. des Lichtleiters verwenden.

Wenn die Lichtfaser bzw. der Lichtleiter verwendet wird, um mit dem Lichtstrahl eine Abtastung längs der Datenspur auf einem optischen Aufzeichnungsträger auszuführen, kann die Ablenkanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung für Nachlauf- bzw. Nachführzwecke verwendet werden, um eine seitliche Auslenkung des Lichtstrahls in bezug auf die Spurmitte zu bewirken, um nämlich den betreffenden Lichtstrahl stets auf bzw. in der Spur zu halten. Eine derartige Nachlaufeinrichtung ist wesentlich billiger und zeigt ein schnelleres Ansprechverhalten als herkömmliche mechanische Nachlaufeinrichtungen und solche Nachlaufeinrichtungen, die rotierende Spiegel oder

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andere sich bewegende optische Elemente verwenden. Darüber hinaus kann das optische System vereinfacht werden, wenn ein Lichtleiter bzw. eine Lichtfaser des selbst_fokussierenden Typs verwendet wird, wie sie in der Zeitschrift "IEEE Journal Quantam Electronics", Vol. QE-6, Nr. 10, Oktober 1970, Seiten 606 bis 612 beschrieben ist. Da der Brechungsindex des Glases in einem selbstfokussierenden Lichtleiter mit wachsendem Abstand von dessen Mitte abnimmt, fokussiert ein derartiger Lichtleiter den Eintritts-Lichtstrahl ausgangsseitig zu einem Lichtstrahl in einem kleinen Brennpunkt. Der selbst.,fokussierende Lichtleiter kann mit einem kegelförmigen Eintrittsende versehen sein, welches die Lichtstrahlen zu einem schmalen Bündel in dem Lichtleiter fokussiert, so daß eine Konvergenzlinse zwischen der Eintrittsseite des Lichtleiters bzw. der Lichtfaser und der Lichtquelle nicht verwendet zu werden braucht. Zusätzlich zu der Nachlauf-Ablenkbewegung quer zu der Datenspur kann eine zweite Ablenkbewegung ausgeführt werden, und zwar parallel zu der Datenspur. Dies kann mittels eines zweiten Wandlers erfolgen, um den Aufzeichnungsträger abzutasten oder in der Aufzeichnung enthaltene Fehler zu korrigieren, was dann der Fall ist, wenn die Datenspuren nicht konzentrisch zu dem Abtastrad verlaufen, welches die für die Abtastung benutzten Objektivlinsen trägt. Es ist ferner möglich, eine Auslenkung in einer dritten Richtung zu bewirken, die rechtwinklig zu dem Aufzeichnungsträger bzw. der Aufzeichnung verläuft, um den Lichtstrahl im Brennpunkt sin der Datenspur zu halten. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß der Lichtleiter bzw. die Lichtfaser derart gebogen wird, daß ein Lichtfaserteil bzw. Lichtleiterteil erhalten wird, der parallel zu dem Aufzeichnungsträger verläuft, und daß dieser Lichtfaserteil oder Lichtleiterteil mit Hilfe eines dritten Wandlers ausgelenkt wird.

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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Lichtfaser-Ablenkanordnung gemäß der Erfindung für die Verwendung zum Nachlaufen von Datenspuren auf einem, optischen Aufzeichnungsträger.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Schnittansicht der in Fig. dargestellten Anordnung längs der in Fig. 1 eingetragenen Linie 2-2.

Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht eine Lichtfaser, wie sie bei der Anordnung nach Fig. 1 und 2 verwendet wird, wobei ein Teil einer Leiterschicht der Klarheit wegen weggebrochen dargestellt ist. Fig. 4 zeigt schematisch in einem Ausschnitt eine weitere Ausführungsform der Lichtfaser-Ablenkanordnung gemäß der Erfindung unter Verwendung eines piezoelektrischen Biegewandlers.

Fig. 4a zeigt die in Fig. 4 dargestellte Ablenkanordnung, bei der das piezoelektrische Element und die Lichtfaser sich in der gebogenen Stellung infolge der Zuführung eines Steuersignals befinden.

Fig. 5 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine eine Ausdehnung und eine Kontraktion bewirkende piezoelektrische Wandlereinrichtung verwendet ist.

Fig. 6 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Wandlereinrichtung magneto-

striktive Drähte umfaßt, die an der Lichtfaser angebracht sind.

Fig. 7 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Wandlereinrichtung ein thermoelektrisohes Element ist, welches die Lichtfaser auszubiegen gestattet.

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Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Ausführungsform der Lichtfaser-Ablenkanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eine elektromagnetische Wandlereinrichtung mit einer elektromagnetischen Wicklung bzw. Spule 10 auf, die mit einem magnetischen Metallkern gekoppelt ist, dessen Enden in Abstand voneinander liegende Polstücke 12 und 14 bilden. Diese Polstücke 12 und 14 sind auf gegenüberliegenden Seiten einer Lichtfaser bzw. eines Lichtleiters 16 angeordnet. Die Lichtfaser besteht aus einem lichtdurchlässigen Glas oder Kunststoff; sie ist mit einem Überzug 18 aus einem Metall oder einem anderen

leitenden Material versehen. Der leitende Überzug ist an einem Ende mit einer Zuführleitung 20 elektrisch verbunden, und mit seinem anderen Ende ist der betreffende Überzug mit einer Leitung 22 verbunden, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Einer der Zuführdrähte bzw. Leitungen ist geerdet, und der andere Draht ist an einer elektrischen Stromquelle über einen bewegbaren Kontakt 24 eines elektrischen Schalters angeschlossen. Auf diese Weise kann ein Strom durch den leitenden Überzug 18 fließen und ein Magnetfeld um die Lichtfaser herum erzeugen. Dieses, die Lichtfaser umgebende Magnetfeld ermöglicht, die Lichtfaser mit Hilfe der elektromagnetischen Spule 10 und der Polstücke 12 und 14 auszulenken, wenn der Spule 10 ein Steuersignal über den bewegbaren Schalterkontakt 26 eines zweiten Schalters zugeführt wird. Infolgedessen wird die Lichtfaser 16 vertikal in einer Richtung ausgelenktJJ senkrecht zu dem Feld zwischen den Polstücken verläuft, wie dies durch Pfeile 28 angedeutet isti Ein durch die Lichtfaser bzw. den Lichtleiter übertragener Lichtstrahl 30 wird entsprechend aus- bzw. abgelenkt.

Der Lichtstrahl kann durch einen Laser oder durch eine andere _t Lichtquelle 32 gebildet sein; er wird durch eine Konvergenzlinse 34 geleitet, die das Licht auf das Eintrittsende der Lichtfaser 16 fokussiert. Dieses Eintrittsende wird in einer festen Stellung durch ein Tragteil 36 gehalten. Das austritts-

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seitige Ende der Glasfaser 16 vermag sich frei zu bewegen; es wird durch die zuvor beschriebene elektromagnetische Wandler einrichtung ausgelenkt, um die seitliche Aus- bzw. Ablenkung des Lichtstrahls 30 über die Datenspurzeilen 38 in einem optischen Aufzeichnungsträger 40 zu bewirken, der in Spurzeilen Datenpunkte aufweist, welche eine frequenzmodulierte oder pulslängenmodulierte Digital-Information oder Analoginformation darstellen. Die betreffenden Datenpunkte können lichtundurchlässige Punkte auf einem lichtdurchlässigen Hintergrund sein, oder sie können lichtdurchlässige Punkte auf einem lichtundurchlässigen Hintergrund sein, wenn ein Aufzeichnungsträger vom Lichtdurchlaßtyp verwendet wird. Die Datenpunkte können jedoch auch so ausgelegt sein, daß sie Lichtjreflektieren, so daß der Lichtstrahl 30 von den Punkten auf eine Photozelle oder einen anderen photoelektrischen Detektor 42 reflektiert wird. Auf diese Weise wird die optische Aufzeichnung bzw. der optische Aufzeichnungsträger mittels einer Abtasteinrichtung 43 abgetastet, welche den Lichtstrahl 30 längs der Datenspurzeilen 38 in irgendeiner geeigneten Weise ablenkt, wie mit Hilfe eines rotierenden Spiegels (wie dies in der US-PS 3 505 586 angegeben ist) oder durch Bewegung eines Abtastrades, welches eine Vielzahl von Objektivlinsen 44 zwischen dem Austrittsende der Lichtleiter 16 und dem Aufzeichnungsträger in der gezeigten Weise trägt. Deshalb wird auf Einzelheiten bezüglich dieser Abtastanordnung hier nicht weiter eingegangen werden.

Das elektrische Ausgangssignal der PhotozeHe 42 wird einer Leseschaltung 46 und einer Nachlaufsteuerschaltung 48 zugeführt. Die Leseschaltung erzeugt ein Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluß 50. Dieses Ausgangssignal entspricht den Daten, die in den Datenspurzeilen 38 des Aufzeichnungsträgers 40 aufgezeichnet sind. Die NachlaufSteuerschaltung erzeugt jedoch ein

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Ausgangssignal, dessen Amplitude in Beziehung steht zu dem Abstand, um den der Lichtstrahl 30 von der Mitte der abgetasteten Spurzeile abweicht. Eine derartige Nachlaufsteuerschaltung wird an anderer Stelle näher beschrieben (siehe US-Patentanmeldung, Serial No. 483 131 vom 26.6.74). Das Ausgangssignal der NachlaufSteuerschaltung wird über einen Leiter 52 der Spule 10 zugeführt, wenn sich der Schalterkontakt 26 in der dargestellten Stellung befindet. Dieses Nachlaufsignal veranlaßt den elektromagnetischen Wandler, den Lichtleiter bzw. die Lichtfaser 10 zur Mitte der abgetasteten Datenspurzeile auszulenken. Auf diese Weise wird ein richtiges Nachlaufen des Lichtstrahls 38 längs der betreffenden Spurzeile hervorgerufen. In den gezeigten Stellungen der Schalterkontakte 24 und 26 ist eine Gleichstromquelle 54 über den Schalterkontakt 24 sowie die Leitung 20 mit der leitenden Schicht 18 auf der Außenseite der Lichtfaser verbunden. Dadurch wird ein Gleichstrom durch die betreffende Schicht 18 zur Erd- bzw. Masseleitung 22 hin geleitet. Es ist jedoch auch möglich, die Stellungen der Schalterkontakte 24 und 26 zu ändern, so daß die Gleichstromquelle 54 über den Kontakt 26 mit der Spule 10 des elektromagnetischen Wandlers verbunden ist, während das auf der Leitung auftretende Nachlaufsignal über den Kontakt 24 zu der leitenden Schicht 18 auf der Lichtfaser hin gelangt. In jedem Falle werden die Lichtfaser und der durch diese übertragene Lichtstrahl vertikal in Richtung der Pfeile 28 entsprechend dem Nachlaufsignal ausgelenkt. Es sei darauf hingewiesen, daß im zweiten Falle die Gleichstromquelle 54 weggelassen werden kann, wenn die Polstücke 12 und 14 durch Permanentmagneten ersetzt sind. Außerdem kann der leitende Überzug 18 auf der Oberfläche der Lichtfaser 16 durch einen dünnen Metalldraht ersetzt sein, der in geeigneter Weise längs der betreffenden Faser angebracht ist, so daß er lediglich eine Verlängerung der Zuführleitungen 20 und 22 darstellt.

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Um die maximale Aus- bzw. Ablenkgeschwindigkeit der Lichtfaser 16 in der Anordnung gemäß Fig. 1 zu erhöhen, kann es aufgrund der zusätzlichen Masse der Zuführleitung erwünscht sein, eine zweite elektromagnetische Wandlereinrichtung für die gleichzeitige Ablenkung der Zuführleitung 20 mit der Ablenkung der Lichtfaser vorzusehen. Demgemäß kann eine zweite Spule 56 um einen zweiten Magnetkern mit Polstücken 58 und auf gegenüberliegenden Seiten der Zuführleitung vorgesehen sein, wie dies in Fig. 1 durch Strichpunktlinien angedeutet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das obere Polstück 58 und das untere Polstück 60 eine Polung besitzen, die entgegengesetzt zur Polung des oberen Polstücks 12 und des unteren Polstücks 14 des zuerst genannten Wandlers ist. Der Grund für die andere Polung liegt darin, daß der elektrische Strom in entgegengesetzten Richtungen durch die Leitung 20 und den leitenden Überzug 18 fließt, wenn er zwischen die Polstücke 58 und 60 bzw. 12 und 14 fließt. Wenn das Nachlaufsteuersignal an die Spulen 10 und 56 abgegeben wird, werden somit sowohl die Lichtfaser 16 als auch die Zuführleitung 20 in derselben Richtung abgelenkt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, kann es erwünscht sein, die Lichtfaser 16 in einer zweiten Richtung auszulenken, die durch Pfeile 62 angedeutet ist und die senkrecht zur Richtung 28 verläuft. Zu diesem Zweck ist eine weitere elektromagnetische Wandlereinrichtung vorgesehen. Diese Wandlereinrichtung umfaßt eine Spule 64, welche einen magnetischen Metallkern umgibt, der Polstücke 66 und 68 auf den gegenüberliegenden Seiten der Lichtfaser aufweist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Spule 64 an einem anderen Ausgang der Nachlaufsteuerschaltung angeschlossen ist. Dieser Ausgang ist verschieden von dem Ausgang 52, wenn er für Nachlaufsteuerzwecke verwendet wird. In der vorliegenden Ausführungsform sollte außerdem die

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Zuführleitung 20 an einer Gleichstromquelle angeschlossen sein, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Lichtfaser bzw. der Lichtleiter 16 kann vom selbstfokussierenden Typ sein, wie er in der eingangs genannten Zeitschrift beschrieben ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann ein kegelstumpfförmiges Eintrittsende 70 an einer derartigen Lichtfaser vorgesehen sein, um die weitgehend parallelen Eintrittslichtstrahlen 72 zu einem schmalen Lichtbündel 74 innerhalb der Lichtfaser zu fokussieren. Auf diese Weise ist die Forderung nach der Konvergenzlinse 34 aufgehoben.

Wie in Fig. 4 und 4A gezeigt, kann die Lichtfaser 16 an einem piezoelektrischen Wandler 76 angebracht sein, um eine derartige Lichtfaser bzw. einen solchen Lichtleiter in Abhängigkeit von einem den Elektroden 78 und 80 auf gegenüberliegenden Seiten des Wandlers zugeführten Steuersignal auszulenken. Der piezoelektrische Wandler 76 kann demgemäß ein Zweielement-Wandler mit zwei piezoelektrischen Keramikelementen 82 und 84 unterschiedlicher Orientierung sein, wobei diese Elemente auf gegenüberliegenden Seiten einer Mittelelektrode 86 angeordnet sind, die geerdet sein mag. Die Seitenelektroden 78 und 80 können auf den Außenseiten der beiden piezoelektrischen Schichten 82 und 84 vorgesehen sein. Infolge der unterschiedlichen Orientierung der piezoelektrischen Schichten zeigt das Wandlerelement 76 eine Biegung, wenn den Seitenelektroden ein Steuersignal zugeführt wird. Dieses Steuersignal kann durch die Nachlaufsteuerschaltung 48 geliefert werden, deren Ausgang bzw, Ausgangsleitung 52 mit den Elektroden 72 und 78 verbunden ist. Der piezoelektrische Wandler 76 ist über seine Länge an dem Lichtleiter 16 derart · angebracht, daß dieser Lichtleiter in Richtung der Pfeile 28 ausgelenkt wird, wenn die piezoelektrischen Elemente auf die Zuführung eines Steuersignals hin eine Biegung zeigen, wie dies in Fig. 4A veranschaulicht ist. Es sei darauf hingewiesen,

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daß das linke Ende des Lichtleiters 16 und das linke Ende der piezoelektrischen Elemente an dem Tragteil 36 derart befestigt sind, daß lediglich die rechten Enden dieser Elemente nach oben bzw. nach unten ausgelenkt werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist selbstverständlich der leitende Überzug 18 auf der Außenseite des Lichtleiters nicht erforderlich, und die Gleichstromquelle 54 ist nicht vorgesehen.

Bei einer weiteren, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird ein piezoelektrischer Wandler verwendet, der zwei geradlinige piezoelektrische Elemente 88 und 90 vom Expansions-Kontraktions-Typ aufweist. Diese piezoelektrischen Elemente 88 und 90 sind von feststehenden Tragarmen 92 bzw. getragen, welche an einer Tragplatte 36 angebracht sind. Jedes der piezoelektrischen Elemente ist mit zwei Elektroden 96 und 98 auf gegenüberliegenden Seiten des piezoelektrischen Materials versehen. Die Elektroden 96 können an Masse bzw. auf Erde liegen; sie sind an den feststehenden Tragarmen angebracht. Demgegenüber sind die anderen Elektroden 98 an verschiedenen Gegentakt-Ausgangsleitungen 100 und 102 der Steuerschaltung 48 angeschlossen. Darüber hinaus sind die Elektroden 98 physikalisch durch Verbindungsleitungen 104 an dem Lichtleiter 16 derart angebracht, daß die Expansion und die Kontraktion der piezoelektrischen Elemente den Lichtleiter veranlassen, eine Auslenkung nach oben bzw. nach unten in Richtung der Pfeile 28 auszuführen. Da die beiden piezoelektrischen Elemente 88 und 90 an Gegentaktausgängen bzw. -ausgangsleitungen 100 und 102 angeschlossen sind, erfährt eines der piezoeleketrischen Elemente eine Expansion, während das andere piezoelektrische Element eine Kontraktion erfährt, wenn die Steuerschaltung Gegentakt-Ausgangssignale mit entgegengesetzter Polarität erzeugt. Auf diese Weise wird eine wirksamere Ablenkung der Lichtfaser bzw. des Lichtleiters bewirkt.

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Eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt. Diese Ausführungsform umfaßt

zwei magneto striktive Drähte 106 und 108, die an einem

Ende an dem Lichtleiter 16 befestigt sind und die mit ihrem anderen Ende an der feststehenden Tragplatte 36 befestigt sind. Zwei elektromagnetische Spulen 110 und 112 sind um die

magneto striktiven Drähte 106 bzw.. 108 herum gewickelt. Das

linke Ende jeder der elektromagnetischen Spulen 110 und ist geerdet, während das jeweilige rechte Ende an einem der Gegentakt-Ausgänge 100, 102 der NachlaufSteuerschaltung 48 angeschlossen ist. Ein Ausgangssignal mit der einen Polarität führt zur Erzeugung eines solchen Magnetfeldes um die magneto-

striktiven Drähte 106 und 108, daß der Draht 106 eine Kontraktion erfährt, während der Draht 108 eine Expansion erfährt. Wenn die Polarität des Ausgangssignals wechselt, wird das Magnetfeld umgekehrt, wodurch bewirkt wird, daß der Draht 108 eine Kontraktion erfährt, während der Draht 106 eine Expansion erfährt. Infolgedessen wird die Lichtfaser bzw. der Lichtleiter 16 vertikal in Richtung der Pfeile 28 ausgelenkt. Die Drähte 106 und 108 sollten dabei selbstverständlich von gleicher Länge sein; sie sollten sich unter nahezu demselben Winkel in bezug auf die Achse des Lichtleiters 16 auf gegenüberliegenden Seiten des betreffenden Lichtleiters erstrecken, um nämlich die gleiche Ablenkung bzw. Auslenkung des Lichtleiters in entgegengesetzten Richtungen auf positive und negative Signale derselben Amplitude hin zu bewirken.

Gemäß Fig. 7 wird ein thermoelektrischer Wandler für die Auslenkung bzw. Ablenkung der Lichtfasern oder Lichtleiter verwendet. Dieser Wandler weist einen Bimetallstreifen oder ein anderes, durch Wärme sich ausdehende Element auf, welches auf seine Erwärmung hin eine Biegung erfährt. Neben dem Bimetallstreifen ist ein elektrisches Heizelement 116

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angeordnet; dieses Heizelement ist am Ausgang 52. der Steuerschaltung angeschlossen. Der Bimetallstreifen 114 ist über seine Länge an dem Lichtleiter bzw. an der Lichtfaser 116 derart befestigt, daß auf eine Ausbiegung des Bimetallstreifens hin der Lichtleiter eine Auslenkung in Richtung der Pfeile 28 erfährt und damit eine Auslenkung des Lichtstrahls 30 bewirkt, der durch'den betreffenden Lichtleiter übertragen wird. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Wandlereinrichtung

langsamer
wesentlicfi / hinsichtlich ;der Ansprechzeit ist als die zuvor erläuterten Wandlereinrichtungen, so daß sie lediglich für eine Auslenkung bei niedriger Frequenz geeignet ist.

Es dürfte einzusehen sein, daß ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken eine Reihe von Abänderungen bei den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden kann. So kann z.B. die Lichtfaser-Ablenkanordnung als Lichtaufnahmeeinrichtung zwischen dem Aufzeichnungsträger 40 und der Photozelle 42 verwendet werden, um durch einen derartigen Aufzeichnungsträger übertragenes oder von einem solchen Aufzeichnungsträger reflektiertes Licht aufzunehmen. In diesem Falle würde das Eintrittsende des betreffenden Lichtleiters ausgelenkt werden, und das Austrittsende des betreffenden Lichtleiters wäre fest angeordnet. Ferner kann die Gleichstromquelle 54 weggelassen werden, und das Steuersignal kann sowohl der Spule 10 als auch dem Wandler 18 zugeführt werden, der an dem Lichtleiter oder der Lichtfaser 16 angebracht ist.

Durch die Erfindung ist also eine Lichtfaser-Ablenkanordnung geschaffen, bei der ein elektrischer Wandler dazu herangezogen wird, die Lichtfaser auf das Auftreten eines elektrischen Steuersignals hin auszulenken, um nämlich einen durch die betreffende Lichtfaser hindurchgeleiteten Lichtstrahl auszulenken. Der Wandler umfaßt eine an der Lichtfaser angebrachte Ablenkeinrichtung, die an einer elektrischen Strom-" quelle angeschlossen ist, um die Lichtfaser durch Bewegung

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mittels der Ablenkeinrichtung auszulenken. Bei einer einen elektromagnetischen Wandler verwendenden Ausführungsform ist ein elektrischer Leiter längs der Lichtfaser an dieser angebracht und an einer Gleichstromquelle angeschlossen, um ein den betreffenden Leiter umgebendes Magnetfeld zu erzeugen, so daß die Lichtfaser und der betreffende Leiter durch Paare von elektromagnetischen Spulen ausgelenkt werden können, die neben dem betreffenden Leiter angeordnet sind und die eine entsprechende Ablenkung bewirken, wenn ihnen ein Steuersignal zugeführt wird. Im Unterschied dazu kann das Steuersignal dem an der Lichtfaser angebrachten Leiter zugeführt werden, während die elektromagnetischen Spulen von einem Gleichstrom durchflossen werden. Andere Ausführungsformen der Erfindung verwenden eine piezoelektrische Wandlereinrichtung mit einem piezoelektrischen Element, welches an der Lichtfaser bzw. dem Lichtleiter derart angebracht ist, daß das betreffende Element und die Lichtfaser auf das Auftreten eines dem piezoelektrischen Element zugeführten Steuersignals hin ausgelenkt werden. Bei einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt die elektromagnetische Wandlereinrichtung elektromagnetische Spulen, die um zwei magneto striktive Drähte

angeordnet sind, deren jeder an einem Ende fest aigeordnet ist, wobei die anderen Enden der betreffenden Drähte an der Lichtfaser derart angebracht sind, daß durch Expansion bzw. Kontraktion der betreffenden Drähte die Auslenkung des Lichtleiters erfolgt, wenn den Spulen ein Steuersignal zugeführt wird. Bei einer noch weiteren Ausführungsform wird ein thermoelektrischer Wandler mit einem durch Wärmeeinwirkung sich ausdehnenden Element, wie ein Bimetallstreifen, verwendet, der an der Lichtfaser angebracht ist und neben dem ein elektrisches Heizelement derart angeordnet ist, daß auf die Zuführung eines Steuersignals zu dem betreffenden Heizelement das durch Wärme sich ausdehnende Element eine Biegung erfährt, und zwar um einen Wert, der dem Strom des betreffenden Signals entspricht. Auf diese Weise erfolgt die Auslenkung bzw. Ablenkung der Lichtfaser.

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Claims

Patentansprüche

. 1. Lichtstrahlablenkanordnung mit einer Lichtfaseranordnung zur Übertragung eines Lichtstrahls und mit einer elektrischen Wandlereinrichtung, die zumindest ein Ende der Lichtfasera_nordnung auf das Auftreten eines elektrischen Steuersignals hin unter Auslenkung des Lichtstrahls abzulenken gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (20, 22; 76; 88, 90; 106, 108; 114) eine nichtmagnetische Ablenkeinrichtung enthält, die an der Lichtfaseranordnung (16) derart angebracht ist, daß diese durch Bewegung der Ablenkeinrichtung ablenkbar ist, und daß die Ablenkeinrichtung mit einer elektrischen Stromquelle (54; 48) derart verbunden ist, daß die betreffende Ablenkeinrichtung auf die Abgabe eines Steuersignals an die Wandlereinrichtung (20,22; 76; 88, 90; 106, 108; 114) eine Bewegung ausführt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung eine elektromagnetische Wandlereinrichtung (10) aufweist, die die Lichtfaseranordnung (16) auf das Auftreten des Steuersignals hin auslenkt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (10) eine Spule (10) aufweist, welche auf das Durchfließen eines elektrischen Stromes hin ein Magnetfeld erzeugt, und daß die Ablenkeinrichtung einen elektrischen Leiter (20, 22) aufweist, der in Längsrichtung der Lichtfaseranordnung (16) verläuft, an dieser angebracht ist und so angeschlossen ist, daß ein den betreffenden Leiter (20, 22) durchfließender elektrischer Strom ein weiteres Magnetfeld um den betreffenden Leiter herum erzeugt, wobei zumindest einer der genannten Ströme durch das Steuersignal geliefert ist und die Lichtfaseranordnung (16) auf dieses Steuersignal hin eine Auslenkung erfährt.

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4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Strom der genannten Ströme ein Gleichstrom ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung eine Magnetanordnung (12, 14) für die Erzeugung eines fest vorgegebenen Magnetfeldes umfaßt und daß das Steuersignal durch einen an der Lichtfaseranordnung (16) angebrachten elektrischen Leiter (20, 22) leitbar ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung (12, 14) eine Permanentmagnetanordnung ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung eine Spulenanordnung (10, 64) umfaßt, die auf das Durchfließen eines Gleichstroms hin ein fest vorgegebenes Magnetfeld erzeugt.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung eine piezoelektrische Einrichtung (76; 88, 90) umfaßt, welche die Lichtfaseranordnung (16) auf das Auftreten des Steuersignals hin auszulenken gestattet .
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung ein an der Lichtfaseranordnung (16) angebrachtes piezoelektrisches Element (76) aufweist, welches an der elektrischen Steuersignalquelle (48) derart

• angeschlossen ist, daß auf das Auftreten des Steuersignals hin das betreffende piezoelektrische Element (76) eine Bewegung ausführt.

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10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung Spulen (110, 112) umfaßt, die an der Steuersignalquelle (48) angeschlossen sind und die auf das Auftreten des Steuersignals hin ein elektromagnetisches Feld erzeugen, und daß die betreffenden Spulen (110, 112) magnetostriktive Elemente (106, 108) umgeben, die mit ihrem jeweils einen Ende fest angeordnet sind und die mit ihrem jeweils anderen Ende an der Lichtfaseranordnung (16) derart angebracht sind, daß die magnetostriktiven Elemente (106, 108) auf das elektromagnetische Feld hin unter Auslenkung der Lichtfaseranordnung (16) eine Axialbewegung erfahren.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablegeeinrichtung ein an der Lichtfaseranordnung (16) angebrachtes, durch Wärme sich ausdehnendes Element (114) aufweist und daß neben diesem durch Wärme sich ausdehnenden Element (114) ein elektrisches Heizelement (116) angeordnet ist, welches an der Steuersignalquelle (48) anist

geschlossen/und das durch Wärme sich ausdehnende Element (114) derart zu erwärmen gestattet, daß dieses Element (114) eine Biegung erfährt und die Lichtfaseranordnung (16) auslenkt.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Wärme sich ausdehnende Element ein Bimetallstreifen (114) ist.
13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfaseranordnung (16) eine selbstfokussierende Lichtfaseranordnung ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ende (70) der Lichtfaseranordnung (16) eine solche Kegelform besitzt, daß das durch die Lichtfaseranordnung (16) hindurchgeleitete Licht fokussiert ist.

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