DE2643593A1 - Abtastvorrichtung fuer eine zweidimensionale lichtabtastung - Google Patents

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung !Aktenzeichen der Anmelderin: SA 975 017

j Abtastvorrichtung für eine zweidimensionale Lichtabtastung

Die Erfindung betrifft eine Lichtabtastvorrichtung und insbesonjdere eine Abtastvorrichtung für eine zweidimensionale Abtastung 'von rotierenden Hologrammen.

ί
Derzeit besteht ein Bedarf für eine Lichtabtastvorrichtung _f bei !der ein Lichtstrahl zeilenweise zur Abtastung über eine vorgegejbene Fläche geführt werden kann. Bisher bekannte Abtastvorrich-,tungen konnten bei relativ hoher Abtastgeschwindigkeit in einer Dimension abtasten. Die Abtastung in der zweiten Dimension erfolgt jedoch bei einer relativ geringen Abtastgeschwindigkeit. Beispielsf 'weise benutzt eine bekannte Abtastvorrichtung einen rotierenden Spiegel, der in einer Dimension eine relativ hohe Abtastgeschwindigkeit liefert. Ein oszillirierender Spiegel ist so angeordnet, ;daß er die Abtastzeilen in einer Richtung senkrecht zur Richtung der schnellen Abtastung einzustellen vermag und diese Abtastung erfolgt bei relativ kleiner Abtastgeschwindigkeit. Versuche, derartige Abtastvorrichtungen zu verbessern, gaben immer kompli-¹ziertere Anordnungen und in manchen Fällen war es erforderlich,

zwischen zwei und mehr Komponenten der Abtastvorrichtung eine j Synchronisation vorzusehen. !

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Abtastvor- , richtung für einen Lichtstrahl über einen vorgegebenen zweidi- I mensionalen Bereich zu schaffen. S

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Zusammenfassung der Erfindung

Kurzgefaßt besteht die erfindungsgemäß aufgebaute Abtastvorrichtung aus einem Abtastzylinder, auf dessen Oberfläche eine Anzahl von Hologrammen aufgezeichnet ist, sowie aus einer optischen Einrichtung, zur Erzeugung eines kolimierten Lichtstrahls, der zur Erzeugung eines Lichtpunktes auf einer Bildfläche zur Ausleuchtung auf einen kleinen Bereich des Hologramms gerichtet wird. Dabei wird der Zylinder zur Bildung einer linienförmigen Abtastung auf der Bildfläche um seine Achse rotiert und eine weitere Antriebsvorrichtung ist vorgesehen, durch die die optische Einrichtung um die Achse des Zylinders rotiert wird, so daß der wiederhergestellte Strahl eine zweidimensional Rasterabtastung der Bildfläche liefern kann,

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind den ebenfalls beigefügten Patentansprüchen im einzelnen zu entjnehmen.

In den Zeichnungen zeigt;

Fig. 1 scheraatisch eine Draufsicht auf die Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 schematisch eine Schnittansicht längs der Linie

2-2 in Fig, 1,

fig. 3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines

die Abtastvorrichtung gemäß Fign. 1 und 2 verwendenden Aufzeichnungssystems,

Tig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der geometrischen

Verhältnisse bei der Bildung eines ebenen HoIo-

¹ gramms,

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Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der geometrischen

Verhältnisse bei der Wiederherstellung der Brennpunktlinie des in Fig. 4 gebildeten Diagramms und

Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Wiederherstellung eines Punktes und der Ablenkung des so wiederhergestellten Punktes für ein Hologramm, das gem. Fig. 4 gebildet wurde.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Äusführungsform der Erfindung

In Fig. 1 besteht die Lichtabtastvorrichtung aus einem holographischen Zylinder 10_f auf dessen Oberfläche eine Anzahl von Hologrammen T2a, 12b ,.. 12n aufgezeichnet ist. Eine optische Einrichtung 18 erzeugt einen Lichtstrahl, der auf den holographischen Zylinder 10 gerichtet wird und damit einen rekonstruierten Strahl erzeugt. Die optische Einrichtung 18 besteht aus einem Laser 16, der einen kollimierten Lichtstrahl 14.erzeugt.Der Strahl 14 trifft dabei auf eine den Strahl formende und ablenkende Vorrichtung 19 auf, die nunmehr einen divergierenden Lichtstrahl 20 auf den holographischen Zylinder 10 lenkt, um dabei einen rekonstruierten konvergierenden Strahl 22 zu erzeugen. Ein Antrieb, wie z.B, ein Motor 24, ist über eine mechanische Kupplung 23 (in Fig.2 gestrichelt eingezeichnet) mit dem holographischen Zylinder 10 gekuppelt und rotiert diesen um die Zylinderachse, so daß der divergierende Strahl 20 aufeinanderfolgende Hologramme 12 ausleuchtet. Dadurch wird aber ein rekonstruierter Strahl 22 erzeugt, der eine linienförmige Abtastung unter einem Winkel gegen die Rotationsebene des Zylinders 10 liefert. Der Antriebsmotor 24 ist außerdem durch eine entsprechende mechanische Kupplung 25 (in der Zeichnung gestrichelt angedeutet) mit der optischen Einrichtung gekuppelt und rotiert diese um die Achse des Zylinders 10. Falls gewünscht, kann für diesen Antrieb der optischen Einrichtung 18 auch ein gesonderter Motor, wie z,B. ein Schrittschaltmotor, vor-

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gesehen sein. Dadurch wird bewirkt, daß der rekonstruierte Strahl 22 bei einer unterschiedlichen Azimuth-Position und wegen der Rotation der optischen Einrichtung 18 in der Weise erzeugt wird, daß jeder Punkt auf dem Bildzylinder in einer kurzen Zeitspanne erreicht wird.

Der holographische Zylinder 10 besteht dabei aus waagrechten !Trägern 26, die einen transparenten Zylinder 28 tragen. Der Zy- ! linder 28 besteht vorzugsweise aus Glas und ist auf seiner inneren Oberfläche mit einem Photopolynieren beschichtet. Selbstverständlich könnte das Photopolymere auch auf der äußeren Oberfläjche des Glaszylinders aufgebracht sein. Auf dem Zylinder ist eine jAnzahl von Hologrammen aufgezeichnet. Diese Hologramme sind VoIu- menphasenhologramme _r so daü ein hoher holographischer Wirkungsgrad erzielt wird, wobei die Anzahl η der aufgezeichneten Hologramme entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders und der erforderlichen Anzahl von Abtastzeilen gewählt ist. In einem typischen Anwendungsgebiet wird der Zylinder 10 mit einer hohen Geschwindigkeit von z.B. 12 000 Umdrehungen pro Minute gedreht .

JDas Prinzip der Arbeitsweise der Abtastvorrichtung wird besser aus den in den Fign. 4,5 und 6 gezeigten Diagrammen verständlich. Eine rechteckige photoempfindiiche Platte wird zur Bildung eines iri Fig. 4 dargestellten Hologramms dem Interferenzmuster einer zylindrischen Welle als Objektwelle und einer im wesentlichen ebenen Welle als Bezugswelle ausgesetzt. Die Brennlinie der zylindrischen Welle liegt in einer zur Hologrammebene 31 in einem Abstand d liegenden parallelen Ebene und bildet einen Winkel ei' mit der Längsrichtung des Hologramms 30, wie dies Fig. 5 zeigt. Die Ausleuchtung des gesamten Hologramms 30 mit der konjugierten Bezugswelle oder Referenzwelle rekonstruiert die vollständige !Brennlinie 29. Wenn man jedoch nur einen Teil des Hologramms 30

j(wie z.B. die Fläche ABCD in Fig. 5) ausleuchtet, dann wird nur

ein entsprechender Teil (A¹D¹) der Brennlinie rekonstruiert.

L .

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Leuchtet man einen Teil des Hologramms 30 (wie z.B. die Fläche ABCD in Fig. 5) mit einer zylindrischen konvergierenden Referenzwelle mit einer Brennlinie aus, die auf der Brennlinie des Hologramms 30 senkrecht steht, dann wird der Abschnitt A¹D¹ der Brennlinie zu einem rekonstruierten Punkt P komprimiert. Der auf die ebene Referenzwelle bei der Hologrammbildung angewandte Korrekturausdruck kompensiert den zunehmenden Abstand d (vgl. Fig. 6a) der Brennlinie vom Mittelpunkt nachfolgender Flächen ABCD, wodurch es möglich wird, bei der Rekonstruktion eines Punktes die gleiche konvergente Referenzwelle für alle Teile des Hologramms einzu-¹setzen.

Dadurch, daß die zylindrische konvergierende Referenzwelle festliegt und das Hologramm, 30 sich längs seiner Längsachse, wie dies t
Iin Fign, 6a und 6b gezeigt ist, bewegt, wird der rekonstruierte _;Punkt senkrecht zur Brennlinie des Hologramms abgelenkt. Man erhält eine wiederholte Ablenkung des Strahls, wenn eine Reihe von Hologrammen aufgezeichnet ist,

:Das gleiche für ein ebenes Hologramm beschriebene Prinzip kann ;auch auf ein zylinderförmiges Hologramm angewandt werden. In diejsem Fall muß die Referenzwelle in bezug auf den Krümmungsmittel-.punkt des Hologrammzylinders im wesentlichen rotationsinvariant ^!sein. Wird das Hologramm durch eine solche Referenzwelle (z.B. leine sphärische oder zylindrische divergierende Welle, die von jder Achse des Hologrammzylinders ausgeht), ausgeleuchtet, dann ;wird eine konvergierende zylindrische Welle rekonstruiert, deren Brennlinie in bezug auf die die Basis des zylindrischen Teils enthaltende Ebene einen Winkel α zwischen 0 und 90 _f vorzugswei- |se etwa 45°., bildet. Der Winkel von 45° wird deswegen vorgezogen, da er die längste Abtastzeile und damit die größte Auflösung liefert. Die Ausleuchtung nur eines Teiles des Hologramms mit einer ähnlichen (abgesehen von der Richtung der Brennlinie) konvergierenden Welle rekonstruiert einen Punkt. Rotiert man einen Hologrammzylinder um seine Krümmungsachse als Rotationsachse, dann

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wird der rekonstruierte Punkt senkrecht zur Brenniinie abgelenkt,

Ein Strahlablenker für zwei Ablenkrichtungen besteht aus mehreren zylindrischen Hologrammen, die rund um einen transparenten Ring angeordnet sind. Die vom Laser 16 kommende Referenzwelle, die auf die Rotationsachse als ebene Welle auftrifft, wird durch eine strahlbildende und ablenkende Einrichtung 19 erzeugt, die den Strahl in einen zylindrischen divergierenden Strahl 20 umformt, der auf den Hologrammzylinder 10 gerichtet ist. Der zylindrische divergierende Strahl 20 ist so geformt, daß er einen kleinen Teil des Hologramms ausleuchtet und durch diese Ausleuchtung wird ein kleines Segment des ursprunglichen Zeilenabbildes rekonstruiert* Dieser rekonstruierte Strahl weist in Richtung des Zeilenabbildes eine größere Konvergenz auf und konvergiert damit das rekonstruierte Zeilensegment zu einem Punkt, Man sieht daher, daß die Rekonstruktion eines Punktes tatsächlich aus zwei Verfahrensschritten besteht, die jedoch beide gleichzeitig ablaufen. In der dargestellten Ausfuhrungsform besteht die den Strahl bildenden und ablenkende Einrichtung 19 aus einer zylindrischen Linse 32 und einem kleinen Spiegel 34, Die strahlbildende und ablenkende Einrichtung 19 wird um die gleiche Achse gedreht wie der Hologrammzylinder 10, Wenn man den Hologrammzylinder mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, dann wird der rekonstruierte Punkt kontinuierlich längs einer Linie auf einem außenliegenden Bildzylinder abgelenkt. Da die optische Einrichtung klein ist, kann sie rasch beschleunigt werden, so daß es möglich wird, jeden Punkt des Bildzylinders in kurzer Zeit zu erreichen.

Eine Speichervorrichtung unter Verwendung des holographischen Lichtablenkers ist in Fig, 2 gezeigt. Die Speichervorrichtung enthält einen Lichtablenker, der einen Speicherzylinder 40 abtastet. Der Speicherzylinder 40 fällt mit der durch den Lichtablenker abgetasteten Oberfläche des Bildzylinders zusannen. Die durch die Abtastvorrichtung abzutastenden Daten werden auf den Speicherzylinder 40 als codierte Darstellungen von Daten aufgezeichnet. Der

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Speicherzylinder 40 besteht dabei aus einem für die optische Speicherung von Daten geeigneten Material und die Auswahl dieses Materials hängt von der Art der gewählten Aufzeichnung ab, Soll die Aufzeichnung nach Art eines Festwertspeichers nur gelesen werden, dann kann das Material beispielsweise ein photographischer Film sein. Für einen Lese/Schreibspeicher kann beispielsweise ein magnetooptisches Material benutzt werden. Eine Anzahl von Abfühlvorrichtungen 42-1, 42-2, ,., 42-n ist radial in der Nachbarschaft des Speicherzylinders 40 angeordnet. Die Abfuhlyorrichtungen 42 können dabei für einen Festwertspeicher aus photoempfindlichen Zellen oder bei Einsatz yon magnetooptischen Verfahren aus Analy satoren und Polarisatoren aufgebaut sein. Die Ausgangssignale der verschiedenen Abfuhlyorrichtungen werden jeweils einzelnen Pufferspeichern 44 zugeleitet, um die Zeichnung einfach zu gestalten; ist nur ein einziger Pufferspeicher 44 mit seiner Anschlußleitung 46 gezeigt. Elektrische Muster der eingespeisten Information werden über diese Leitungen 46 ausgelesen und dem Pufferspeicher 44 zugeleitet, aus dem diese Information wieder, gesteuert durch eine Torsteuerung 48, über eine Leitung 50 entiiehmbar ist. Die Torsteuerung 48 ist über eine Leitung 52 mit einer Photodiode 54 verbunden, die reflektierte Lichtimpulse über eine Bahn 56 von einer Taktspur 58 aufnimmt, die miteinander abwechselnde reflektierende und nichtreflektierende Flächen aufweist. Von einer Lichtquelle 60 kommendes Licht wird als Lichtstrahl 62 auf die raktspur 58 gerichtet und die Lichtimpulse werden nach der Photodiode 54 reflektiert, die diese Lichtimpulse in elektrische Impulse umwandelt. Bei einer Ausleseoperation wird der holographische Zylinder 10' über eine gestrichelt dargestellte Antriebsverbindung durch den Antriebsmotor 24^? rotiert, die der Formung und Ablenkung des Strahls dienende Einrichtung 19^! wird lurch einen Motor 27, beispielsweise einen Schrittschaltmotor, aber eine gestrichelt eingezeichnete mechanische Kupplung angebrieben. Der Schrittschaltmotor kann in bekannter Weise entweder für eine kontinuierliche oder schrittweise Bewegung angetrieben werden. Für die Modulation des vom Laser 16' ausgehenden Strahls 14» ist ein Modulator 15 vorgesehen. Durch den Antrieb über den

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Motor 27 und die Steuerung durch den Modulator 15 erhält man
einen wahlfreien Zugriff zu allen auf dem Speicherzylinder 40
aufgezeichneten Daten. Während eines Umlaufs der den Strahl bil- ' denden und ablenkenden Einrichtung 19' und vielen Umläufen des
Holograinmzylinders 10' wird das von der Laserlichtquelle 16 korn- j mende Licht auf jeden Punkt des SpeicherZylinders 40 gerichtet ■

und die dort festgestellte Information wird durch die Abfühlvor- j richtungen 42 abgenommen. Die selektive Ausspeicherung wird über j Leitungen 64-1 _r 64-2, 64-3, ,., 64-n über eine Folgesteuerung 36 j gesteuert, die über eine Leitung 66 an einer Adreßsteuerung 38 j angeschlossen ist, über diese Adreßsteuerung lassen sich unterschiedliche Folgen und Kombinationen von Abfühlvorrichtungen 42
ίzu jeder beliebigen oder gewünschten Kombination von gespeicher-I ten Informa.tionsworten auswählen. Die Adreßsteuerung 38 kann dabei eine bestimmte Zeile oder ein Wort im Speicher adressieren
und die Folgesteuerung 36 steuert dann den Modulator 15 zum Auslesen der gewünschten Bits innerhalb dieser Zeile oder des Wortes.

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Claims (5)

1. PATEMTANS.P RÜCHE j

   Abtastvorrichtung für eine zweidimensionale Abtastting von Hologrammen? gekennzeichnet durch einen zylindrischen eine Anzahl von Hologrammen tragenden Hologrammträger (10) , deren jedes bei Rekonstruktion das Abbild einer 2eile auf einer zylindrischen Bildfläche erzeugt? wobei jede Zeile nur einen Winkel gegen die die Basis (26) des Hologrammträger s (10) enthaltende Ebene geneigt ist, ferner durch ■eine optische Einrichtung (19) sum Formen und Ablenken eines auf den Holograsnsaträger zu richtenden Strahls „ der so geformt ist? daß er einen kleinen Bereich (ABCD) der Hologramme ausleuchtet und in Richtung der ursprünglichen Abtastzeile eine größere Konvergenz aufweist _f so daß ein punktfömiges Bild rekonstruiert wird? sowie durch Antriebsmittel (24) zum Antrieb des Holograjmaträgers mit hoher RQtationsgeschwindigkeit_f wodurch die rekonstruierte punktförmige Abbildung in einer zur Richtung der ursprünglichen Bildzeile senkrechten Richtung abgelenkt wird und durch eine Antriebsyorrichtung (27) für eine Rotation der optischen Einrichtung (18; 19; 32_f 34) um die Achse des Hologrammträgers, so daß der rekonstruierte Bildpunkt die gesamte zylindrische Bildfläche abtastet.
2. 2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung eine Lichtquelle (16), eine Zylinderlinse (32) und einen Spiegel (34) enthält.
3. 3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Laser dient, der einen Strahl kohärenten Lichts liefert.
4. 4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Linse (32) und der Spiegel (34) um die Achse des zylindrischen Hologrammträgers rotierbar sind.

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   QRKSlHAL IMSPECTED
5. 5. Abtastvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Aufzeichnungsträger (40) konzentrisch zu dem Hologrammträger (10') angeordnet ist und daß Äbfühlvorrichtungen vorgesehen sind, über die die in den Speicherflächen (42-1, 42-2, ,,. 42-n) eingespeicherten Daten durch die Abtastvorrichtung auslesbar sind.

   j6, Äbtastvorrichtung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, ' daß die Lichtquelle einen Lichtinodulator (15) enthält, ^; durch den der auf die optische Einrichtung auftreffende Lichtstrahl modulierbar ist.

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