DE2821496A1

DE2821496A1 - Optisches abtastverfahren

Info

Publication number: DE2821496A1
Application number: DE19782821496
Authority: DE
Inventors: Robert Vladimir Pole; Harald Eilly Werlich
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1978-11-23
Also published as: IT7823048A0; IT1109170B; GB1595368A; US4113343A; FR2391501B1; JPS53142256A; FR2391501A1; JPS6038688B2; CA1099964A

Description

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Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk N.Y., 10504

pr/zi/bd Optisches Abtastverfahren

Die Erfindung betrifft ein optisches Abtastverfahren mit relativ zu einem kohärenten Lichtstrahl bewegten Hologrammen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Umwandlung der in einer Fläche enthaltenen Information in elektrische Signale bekannt. Diese Vorrichtungen weisen im allgemeinen zwei im wesentlichen voneinander getrennte Einheiten auf; die erste bewirkt die Ablenkung eines Lichtstrahls über die die Information enthaltende Ebene während die zweite die Lichtmenge erfaßt, die im Falle eines durchsichtigen Aufzeichnungsträgers diesen durchsetzt und im Falle eines undurchsichtigen Aufzeichnungsträgers an diesem reflektiert oder gestreut wird. Im ersten Fall, wenn durch ein lichtempfindliches Element das durch den Aufzeichnungsträger hindurchtretende Licht festgestellt wird, ist der Lichtweg und die gesamte Vorrichtung einfacher als im zweiten Fall, bei dem ein lichtempfindliches Element das am Aufzeichnungsträger reflektierte oder gestreute Licht aufnimmt. In diesem Fall liegt sowohl das lichtemp- ! findliche Element als auch die Lichtquelle an der gleichen Seite des abzutastenden Aufzeichnungsträgers, und da es sich in beiden Fällen um relativ große körperliche Gebilde handelt, muß der von der Lichtquelle zum Aufzeichnungsträger führende Lichtweg notwendigerweise anders verlaufen als der Weg des am Aufzeichnungsträger reflektierten Lichtes zum lichtempfindlichen Element. Die Menge des an der abzutastenden Oberfläche reflektierten Lichts ist selbstverständlich

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¹ abhängig von der Menge des von der Lichtquelle ausgehenden :

:Lichtes und von den reflektierenden Eigenschaften dieser ;

Oberfläche. Ist die abzutastende Oberfläche ein üblicher i

Aufzeichnungsträger, so wird der prozentuale Anteil der re- \ flektierten Lichtenergie relativ klein sein. Die Kosten einer
Lichtquelle sind im allgemeinen direkt proportional der von
ihr gelieferten Energie, während die Kosten eines lichtempfindlichen Elements ebenfalls proportional seiner Empfindilcihkeit sind. Die Leistung der Lichtquelle, die Reflektivi-

;tat der abzutastenden Oberfläche und die Empfindlichkeit des ^! lichtempfindlichen Elementes müssen bei der Abtastung undurch-;

!sichtiger Oberflächen aufeinander abgestimmt sein. Im Falle i

einer Abtastvorrichtung für abzutastende Flächen mit einer j

vorgegebenen Reflektivität sollten die Kosten für die Licht- ',

quelle und das lichtempfindliche Element aufeinander abge- |

istimmt werden. i

i ι

!Es hat sich gezeigt, daß Laser als leistungsfähige und spar- | same Lichtquellen hoher Leistung für Vorrichtungen zur Abtastung von Aufzeichnungsträgern besonders geeignet sind.
Bei den bisher bekannten Abtastvorrichtungen traten jedoch
eine Reihe von Schwierigkeiten auf, die nur mit relativ
komplizierten und teuren Maßnahmen beseitigt werden konnten.
Diese Schwierigkeiten waren insbesondere darauf zurückzuführen, daß im Lichtweg komplizierte Linsensysteme und bewegte Elemente, wie Spiegelräder, vorgesehen werden mußten,
mit deren Hilfe der Strahl über die abzutastenden Oberflächen
bewegt werden konnte. Die Anzahl der je Flächeneinheit vorgesehenen Abtastlinien, d.h. die Auflösung, die zur Umformung
einer Oberflächeninformation in elektrische Signale erforderlich ist, bestimmte die zulässigen Toleranzen für die bewegten Elemente, die ihrerseits die Kosten unmittelbar beeinflußten. Darüberhinaus war es im Falle von eine Vielzahl
von mechanisch bewegten Elementen enthaltenden Liehtablenkerη

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auch erforderlich/ im Wege des vom Aufzeichnungsträger reflektierten Lichtes optische Elemente anzuordnen, die synchron mit den Elementen zur Ablenkung des Abtaststrahls beiwegt würden. Diese Tatsache wirkte sich auch im Sinne !einer Erhöhung der Anlagekosten aus. Um diese Nachteile zu !vermeiden und die Kosten derartiger Vorrichtungen herabzusetzen, wurde schon vorgeschlagen, die Abtastung mittels beiwegter Hologramme zu bewirken. So wird in der US-Patentschrift ;3 795 768 ein reflektierendes Hologramm beschrieben, das bei jeiner geeigneten Drehung und Beleuchtung mit einem Laserstrahl einen Abtastkreis, bestehend aus einer Vielzahl von !Lichtpunkten, erzeugt. Bei einer derartigen Vorrichtung wird der abzutastende Aufzeichnungsträger auf ein Segment des geometrischen Ortes dieser Lichtpunkte gebracht und die Ab-

!tastung entlang einer einzigen Linie ermöglicht.Bei einer derartigen Vorrichtung wird der abzutastende Aufzeichnungsträger während der Abtastung parallel zur Drehachse des Hologramms bewegt, so daß die gesamte Aufzeichnungsträgerfläche abgetastet wird.

|üine andere Art von Abtastvorrichtung wird in "Applied JDptics 1967", No. 9, Seiten 1531 bis 1534, beschrieben. Bei jäieser Vorrichtung rotiert ein durchsichtiges Hologramm !zwischen einer Laserlichtquelle und dem abzutastenden Aufzeichnungsträger, wobei der Bildpunkt einem kreisförmigen Weg Ln der Ebene folgt. Derartige Vorrichtungen sind jedoch in ler Regel nicht verwendbar, wenn eine lineare Abtastung erforderlich ist. In der deutschen Offenlegungsschrift 26 43 vird eine Vorrichtung mit einem holographischen Ablenker für Laserlichtstrahlen beschrieben, durch die Abtastspuren auf einem abzutastenden Aufzeichnungsträger erzeugt werden. Bei dieser Vorrichtung ist das Hologramm so ausgebildet, iaß Abtastlinien erzeugt werden, die nicht parallel zur Belegung des Hologramms verlaufen. Eine konventionellere Ab-

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Rastvorrichtung, die beispielsweise eine gedruckte Seite abtastet, kann mit dem in "Holographie Laser Beam Deflector"

ι von Pole und Wollenmann, veröffentlicht am 4. April, 1975 j in "Applied Optics", Vol. 14, No. 4, Seiten 976ff beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden. Diese Vorrichtung Iist jedoch sehr kompliziert und relativ störanfällig.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Vorrichtung zur optischen Abtastung undurchsichtiger Aufzeich- !nungsträger anzugeben, die unter Verwendung von Hologrammen ■den bisher erforderlichen technischen Aufwand sowie die !Störanfälligkeit der bisher bekannten Vorrichtungen dieser •Art wesentlich herabsetzt. Insbesondere soll die Anzahl lund das Gewicht der bewegten Elemente wesentlich herabgesetzt und die Lichtwege wesentlich vereinfacht werden, so 'daß die Anordnung einfacher, kleiner, billiger und weniger

!störanfällig ist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch ι
1 beschriebene Erfindung gelöst.

Da gemäß der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art sowohl die Ablenkung und Pokusierung des Abtastlichtstrahls als auch die Aufnahme und Fokusierung des am Aufzeichnungsträger reflektierten oder gestreuten Lichtes durch Hologramme erfolgt, ist der hierzu erforderliche technische Aufwand, das Gewicht sowie der Raumbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich geringer als bei allen bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art. Gleichzeitig wird die Störanfälligkeit und der erforderliche Justier- und Wartungsauf wand ebenfalls wesentlich verkleinert.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert.

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Es zeigen:

Fign. 1A bis 1C die schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls mit Hilfe von Hologrammen.

Fign. 2A bis 2C die schematische Darstellung einer Vorrichtung, bei der die von einem Punkt eines undurchsichtigen Aufzeichnungsträgers reflektierte oder an diesem Punkt gestreute Strahlung mit Hilfe eines Hologramms auf ein stationäres lichtempfindliches Element fokusiert wird.

Fign. 3A und 3B die schematische Darstellung einer Vorrichtung/ bei der dasselbe Hologramm einen Laserstrahl ablenkt und die von einem Aufzeichnungsträger reflektierte oder an diesem gestreute Strahlung auf ein lichtempfindliches Element fokusiert.

Fign. 4A und 4B die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei dem die Hologramme auf einem rotierenden Zylinder angeordnet sind.

Fign. 5A und 5B die schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fign. 6 und 7 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Hologramme auf einer rotierenden ebenen Platte angeordnet sind.

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;Fig. 8 eine schematische Darstellung des Verlaufs j

und der Intensitätsverteilung des an einem \

Punkt eines Aufzeichnungsträgers reflek- j tierten oder gestreuten Lichtes.

In den Figuren 1A bis 1C wird die Funktion und das Prinzip der im obengenannten Aufsatz von Pole beschriebenen holographischen Abtastvorrichtung erläutert. Es wird davon ausgegangen, daß das in diesen Figuren dargestellte Hologramm durch zwei kohärente Strahlen A und B mit den Aperturwinkeln φΑ bzw. φΒ erzeugt wurde. Der mit 21 bezeichnete Laserstrahl !entspricht einem Bruchteil ΔφΑ des Aperturwinkels ΦΑ des ur- !sprünglichen Referenzstrahls A, während der mit 22 bezeichne- te Strahl einem Bruch teil^B .des Aperturwinkels φΒ 'ursprünglichen Strahls B entspricht. Wie aus den Figuren 1A bis 1C ersichtlich, entsteht durch die Bewegung des Hologramms 20 in bezug auf den Strahl 21 ein konusförmiger Lichtstrahl 22, der durch in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfolgende Rekonstruk tionen von verschiedenen Bruchteilen des ursprünglichen Strahls B gebildet wird. Der Brennpunkt jedes der in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten rekonstruierten konusförmigen Lichtstrahlen mit dem Aperturwinkel ΔφΒ bildet auf einem Aufzeichnungsträger 24 einen Lichtpunkt 23. Die Folge dieser Punkte bildet eine Abtastlinie.

ft.us den Figuren 2A bis 2C 1st ersichtlich, wie das gleiche Hologramm 20 zur Sammlung des am Aufzeichnungsträger 24 reflektierten oder gestreuten Lichtes dienen kann. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß das durch Reflexion oder Streuung entstehende Lichtmuster einen konusförmigen Lichtstrahl 26 bildet, der im großen und ganzen äem konusförmigen Lichtstrahl entspricht, der zur Erzeugung äes Hologramms 20 gedient hat. Diese Verhältnisse sind im !einzelnen aus Fig. 8 ersichtlich. Das Hologramm 20 rekon-

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struiert somit den ursprünglichen, mit 29 bezeichneten Referenzstrahl A mit dem Aperturwinkel φΑ oder einen Bruchteil !davon. Wird ein lichtempfindliches Element 28 in einem Punkt angeordnet, der dem Ausgangspunkt des ursprünglichen Referenzstrahls A entspricht, so entsteht am Ausgang dieses lichtemjpfindlichen Elementes ein elektrisches Signal, dessen Amplitude !beispielsweise der Menge des von einem bestimmten Punkt 23 des !Aufzeichnungsträgers 24 reflektierten oder gestreuten Lichtes !entspricht.

jln den Figuren 3A und 3B wird der Strahlungsverlauf eines in Iden Figuren 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Abtastung eines undurchsichtigen Aufzeichnungsträgers wiedergegeben. Wie aus den Figuren 3A und 3B jersichtlich, durchsetzt ein zylinderförmiger, kohärenter ■Laserstrahl 30 beispielsweise eine fokusierende Linse 31, eine in einem Spiegel 33 angeordnete Apertur 32 (aH$ eine-Ή 'Teil eines Hologramms 34, das einen konusförmigen Lichtstrahl j35 erzeugt und auf einen Aufzeichnungsträger 36 richtet, der in einer Entfernung angeordnet ist, die der Entfernung der Quelle des bei der Erzeugung des Hologramms 34 verwendeten Lichtstrahls entspricht. Das als Strahl 37A vom Aufzeichnungsträger 36 reflektierte Licht wird durch das gesamte Hologramm 34 erfaßt und fokusiert und stellt eine Rekonstruktion des bei der Herstellung des Hologramms verwendeten Referenzstrahls dar. Wie aus Fig. 3B ersichtlich, wird der rekonstruierte Strahl 37B auf einen Spiegel 33 fokusiert und von dort auf ein stationäres lichtempfindliches Element 38 reflektiert. Die Bewegung des Hologramms in der durch einen Pfeil 39 angedeuteten Richtung bewirkt, daß der konusförmige Lichtstrahl 35 aus der in Fig. 3A dargestellten Lage nach oben bewegt wird, so daß auf dem Aufzeichnungsträger 36 eine Abtastlinie entsteht. Das zu einem bestimmten Zeitpunkt von einem bestimmten Punkt des Aufzeichnungsträgers relativ zum Hologramm 34 reflektierte

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;Oder gestreute Lichtmuster bleibt konstant und der Punkt wird auf das lichtempfindliche Element unabhängig von dieser Bewegung fokusiert.

Es ist einleuchtend, daß durch Verwendung des gleichen Hologramms zur Erzeugung des Lichtpunktes und zur Übertragung des reflektierten oder gestreuten Lichtes zu einem lichtempfindlichen Element die bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art durch die Synchronisierung der bewegten Elemente bedingten Probleme ganz wesentlich vereinfacht werden.

Das in den Figuren 4A und 4B dargestellte bevorzugte Ausfüh-.rungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem durchsichtigen ι zylinderförmigen Element 40 auf dem eine Anzahl von Volumen- ;Phasenhologrammen 4OH erzeugt wurden. Wie aus der oben gelnannten Veröffentlichung von Pole ersichtlich, hängt die ;Anzahl der verwendeten Hologramme von der jeweiligen Anwenidung ab. Zur Vereinfachung der Darstellung und Erhöhung der [Übersichtlichkeit wird in vorliegendem Fall von 18 Hologrammen ausgegangen. Der Aperturwinkel φΑ des zur Erzeugung des Hologramms verwendeten Referenzstrahls wird durch die Beziehung definiert φΑ = 36O°/n = 20°. Der Aperturwinkel φΒ des Objektstrahles wird sowohl durch die erforderliche Reflexion als auch den Abstand zwischen Hologramm und Auf zeich nungsträger bestimmt. Im vorliegenden, bevorzugten Ausfüh-

ο rungsbeispiel wird von einem Aperturwinkel φΒ ¹^ gleich 2 ausgegangen. Ist der Durchmesser des zylinderförmigen EIemönts etwa'15 cm, so hat jedes einzelne auf dem Zylindermantel des zylinderförmigen Elements 40 angeordnete Hologramm eine Länge von rund 25 mm.

Das zylinderförmige Element 40 ist drehbar gelagert und kann über eine Achse 41 durch einen Motor mit konstanter Umdrehungszahl in Rotation versetzt werden. Zur Verbindung der kchse 41 mit dem zylinderförmigen Element 40 ist dieses durch

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eine Platte 4OA nach unten abgeschlossen. '

Die Beleuchtung der Hologramme 4OH mit einem einem Bruchteil ΔφΑ des Aperturwinkels φΑ des bei der Herstellung verwendeten ' Referenzstrahls A erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel \ durch einen von einer Quelle für kohärentes Licht erzeugten Strahl 42. Dieser Strahl verläuft so, daß er die Rotations- ^: achse 41 des zylinderförmigen Elements 40 schneidet. Weiterhin ist eine fokusierende Linse 43 vorgesehen, durch die der kolli-ί mierte Strahl 42 in einen konusförmigen Lichtstrahl 44 umge- ! wandelt wird, dessen Brennpunkt in der Rotationsachse 41 liegt.! Der Strahl 44 durchsetzt eine in einem Spiegel 46 befindliche j Apertur ^5, so daß ein auf jeweils eines der Hologramme 4OH ^! fallender Strahl 44A entsteht, dessen Aperturwinkel einem Bruchjteil ΔφΑ des Aperturwinkels φΑ des ursprünglich verwendeten i Referenzstrahls A entspricht. Die fokusierende Linse 43 kann j durch beliebige, nicht dargestellte Mittel in der erforderlichen Lage befestigt werden.

Wie vorher im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 erläutert, rekonstruiert jedes Hologramm 4OH einen Strahl, der einem Bruchteil des ursprünglich bei der Herstellung des Hologramms verwendeten Strahl B entspricht. In Fig. 4 wird der Strahl mit dem Aperturwinkel ΔφΒ durch das Bezugszeichen 49 gekennzeichnet. Der Brennpunkt des rekonstruierten Strahles entspricht dem Ausgangspunkt des ursprünglichen Strahls B. Der Auf ζ ei chnungs tr|äger 50 weist eine Krümmung auf, so daß seine Oberfläche senkrecht zum Strahl 49 liegt. Der Abstand der Ebene des Aufzeichnungsträgers 50 zum jeweils verwendeten Hologramm 4OH beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 66 cm, so daß bei einer Drehung des zylinderförmigen Elementes 40 um die Länge eines Hologramms 4OH auf dem Aufzeichnungsträger eine Abtastlinie von etwa 20 cm Länge entsteht.

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Das in Fig. 8 dargestellte, an einem Punkt des Aufzeichnungsträgers reflektierte oder gestreute Lichtmuster ändert sich in Abhängigkeit von den Oberflächeneigenschaften des Aufzeichnungsträgers; im allgemeinen wird aber das in Fig. 8 schematisch dargestellte Lichtmuster vorliegen. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird davon ausgegangen, daß das in Fig. 8 dargestellte Lichtmuster im wesentlichen dem bei der Herstellung des Hologramms verwendeten Objektstrahl B entspricht, so daß tatsächlich jeweils ein ganzes Hologramm 4OH vom reflektierten oder gestreuten Licht beaufschlagt wird.

Wie in den Figuren 4A und 4B dargestellt, wird ein ganzes Hologramm 4OH durch einen divergierenden Strahl 51 beaufschlagt, der einen bestimmten prozentualen Anteil des gestreuten oder reflektierten Lichtes darstellt und von der räumlichen Anordnung der verschiedenen Komponenten abhängig ist. Ein Hologramm 4OH rekonstruiert daher den ursprünglich verwendeten Referenzstrahl A, der in Fig. 4 durch das Bezugszeichen 52 gekennzeichnet wird. Dieser Strahl wird durch den Spiegel 46 zu einem lichtempfindlichen Element 54 abgelenkt. Da der durch den Strahl 49 beleuchtete Punkt des Aufzeichnungsträgers durch das jeweils wirksame Hologramm 4OH ^!auf das lichtempfindliche Element 54 abgebildet wird, ist vor diesem eine Blende 55 mit einer kleinen Apertur vorgesehen, durch die die Größe des auf das lichtempfindliche Element auffallenden Lichtes begrenzt wird, um das Auflösungsvermögen der Vorrichtung zu erhöhen. Enthält das reflektierte Lichtmuster eine stark reflektionsabhängige Komponente, deren Größe von Punkt zu Punkt einer Abtastlinie auf dem Aufzeichinungsträger mit verschiedenen Reflektionseingenschaften sich tiicht wesentlich ändert, so wird diese stark reflektionsabjhängige Komponente, die parallel zur Achse des beleuchteten !Strahles liegt, nicht zum lichtempfindlichen Element 54 reflektiert, da die stark reflektionsabhängige Komponente durch die

Apertur 45 im Spiegel 46 hindurchtritt und das lichtempfind-

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liehe Element nicht erreicht. Werden, wie in den folgenden j

Ausführungsbeispielen, zwei Hologramme verwendet, so wird '

diese Aufgabe von dem in diesen Ausführungsbeispielen ver- ;

wendeten kreisförmigen Spalt im Umfangsbereich des Zylinders ;

.übernommen, durch den die stark reflektionsabhängige Kompo- ;

nente vom lichtempfindlichen Element ferngehalten wird. Aus ,

dem bisher gesagten ist zu ersehen, daß die Bedienung der ι

in den Figuren 4A und 4B dargestellten Vorrichtung sehr ein- ! ifach und unkompliziert ist. Durch Erregung des Motors wird j jdas zylinderförmige Element 40 in Umdrehungen versetzt, bei- ' jspielsweise mit einer Geschwindigkeit von 10 000 Umdrehungen/min, Der von einem nicht dargestellten Laser ausgehende kohärente Lichtstrahl 42 wird durch die Linse 43 fokusiert und {geht in einen Lichtstrahl 44 über, der in der Achse 41 konjvergiert und anschließend als Strahl 44A divergiert, um einen kleinen Teilbereich eines Hologramms 4OH zu beleuchten, 'wie im vorhergehenden erläutert, entsteht bei der Relativbe- |wegung eines Hologramms 4OH in bezug auf den Strahl 44A eine

jFolge von rekonstruierten Strahlen 49, die auf dem Aufzeichnungsträger 50 eine einzige Abtastlinie von etwa 20 cm Länge bilden. Der Aufzeichnungsträger kann entlang aufeinanderfoljgender Linien dadurch abgetastet werden, daß dieser, wie in JFig. 4B dargestellt, nach oben verschoben wird.Andernfalls können die am Zylinderumfang angeordneten verbleibenden Hologramme 4OH so ausgebildet werden, daß die Abtastlinie jeweils um einen bestimmten Betrag, wie in Fig. 4B dargestellt, in senkrechter Richtung verschoben wird, so daß eine Folge von verschiedenen Abtastlinien erzeugt wird. Die Anzahl der verschiedenen Abtastlinien entspricht der Anzahl der auf dem zylinderförmigen Element 40 angeordneten Hologramme 4OH. Da jedes einzelne der Hologramme 4OH vollständig von dem vom jeweils beleuteten Punkt des Aufzeichnungsträgers 50 während der Bewegung ausgehenden Lichtes beaufschlagt wird, bildet jedes dieser Hologramme während seiner Drehung das von jedem einzelnen beleuchteten Punkt ausgehende Lichtmuster auf das

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lichtempfindliche Element 54 ab. Am Ausgang dieses lichtempfindlichen Elementes treten daher elektrische Signale auf, deren Amplituden Funktionen der reflektionsabhängigen Eigenschaften der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers darstellen. Das in den Figuren 5A und 5B dargestellte Ausführungsbeispiel ist dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel ähnlich, jedoch mit der Ausnahme, daß zylinderförmige Elemente 60 und 62 vorgesehen sind, von denen das innere zylinderförmige Element 60 dem Element 40 in Fig. 4 entspricht. Das äußere zylinderförmige Element 62 enthält Hologramme 63, die in analoger Weise wie die Hologramme 64 auf dem inneren Element erzeugt wurden. Da die vom Aufzeichnungsträger reflektierte Energiemenge abstandsabhängig ist, kann es bei bestimmten Anwendungen zweckmäßig sein, die Doppelfunktion der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 verwendeten Hologramme 4OH aufzuteilen.

Bei dem in den Figuren 5A und 5B dargestellten Ausführungs-

beispiel dient ein Hologramm 64 zur Rekonstruktion eines :dem ursprünglichen Strahl B entsprechenden Strahls mit dem Aperturwinkel ΔφΒ. Ein weiteres Hologramm 63 dient zur Rekonstruktion des Referenzstrahls A, der auf einen Detektor 67 fokusiert wird. Das Hologramm 63 weist einen parallel zur iZeichnungsebene liegenden Schlitz 63S auf, der sich über seine iganze Länge erstreckt und durch den vermieden wird, daß der jdurch das Hologramm 64 erzeugte Abtaststrahl gestört wird.

Die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie das bevorzugte Ausführungsbeispiel, wobei ein einziges Hologramm 70 beide der oben angegebenen Funktionen erfüllt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, dient eine flache Scheibe 72 als Träger für Hologramme 70. Die Drehung der Scheibe 72 und der Hologramme 70 in bezug auf einen divergierenden Strahl 73 hat die gleiche Aufgabe wie in

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Fig. 4 beschrieben, jedoch mit der Ausnahme, daß die durch die Bewegung eines Hologramms 70 erzeugte Abtastlinie eine leicht gebogene Form aufweist.

Das Hologramm 70 bewirkt gleichzeitig, daß der jeweils auf dem Aufzeichnungsträger beleuchtete Punkt im gleichen Augenblick über einen Spiegel 78 auf ein lichtempfindliches Element 79 abgebildet wird.

Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel ähnelt dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß wie auch im Falle der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung, für jede Funktion ein besonderes Hologramm vorgesehen ist. Wie schon oben angedeutet, kann eine derartige Ausgestaltung des Erfindungsgedankens in solchen Fällen vorteilhaft sein, in denen die Hologramme 75 relativ nahe an den Aufzeichnungsträger angeordnet werden sollen, da der Betrag der von der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers reflektierten oder gestreuten Lichtenergie relativ klein ist. In diesem Fall könnte es unzweckmäßig sein, ein eigenes Hologramm vorzusehen, durch das, sofern es in der Nähe der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers angeordnet ist, eine Abtastlinie mit der erforderlichen Länge erzeugt werden kann.

Es ist selbstverständlich auch möglich, eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, so auszubilden, daß sie mit panchromatischem Laserlicht betrieben werden kann. Dabei werden mehrere Hologramme unter Verwendung der gleichen Wellenlänge, jedoch bei unterschiedlichen Aufzeichnungsrandbedingungen übereinander aufgezeichnet, wobei jedes Hologramm so ausgebildet ist, daß es einen nahe der Auflösungsgrenze liegenden Lichtfleck an

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ider gleichen Stelle erzeugt, wenn es von einem Laser mit geeigneter Wellenlänge beleuchtet wird. Mehrere Farben enthaltende rekonstruierende Laserstrahlen werden koaxial !geführt. Eine Rotation des Hologrammträgers mit den darauf befindlichen Hologrammen führt zu einer gleichzeitigen Abtastung des Aufzeichnungsträgers mit zwei, drei oder vier !verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig. Die Anordnung kann ■auch so getroffen werden, daß durch die gleichzeitige Be- !leuchtung eines Hologramms mit verschiedenen Wellenlängen mehrere nebeneinanderliegende Lichtpunkte erzeugt werden, so daß der Aufzeichnungsträger gleichzeitig entlang mehrerer ! Abtastspuren abgetastet wird.

!Das am Aufzeichnungsträger reflektierte oder gestreute Licht j wird durch die gesamte Hologrammapertur gesammelt und zu lichtempfindlichen Elementen weitergeleitet. Diese Bedingungen können durch Verwendung eines ersten Oberflächenspiegels !mit einer Apertur erfüllt werden, deren Größe genügt, die rekonstruierenden Laserstrahlen durchzulassen. Bei Anwendunigen, in denen drei Primärfarbensignale erforderlich sind, !beispielsweise bei der Abtastung von farbigen Aufzeichnungsjträgem für Farbkopien, kann ein Reflexionsgitter, vorzugsweise ein Stufenreflexionsgitter oder eine Kombination von

jdichroitischen Spiegeln zur räumlichen Auftrennung der verschiedenen Farben verwendet werden. Das erfindungsgemäße Abtastverfahren und die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung |eignet sich selbstverständlich nicht nur zur Abtastung von Aufzeichnungsträgern, sie ist vielmehr zur Abtastung beliebiger anderer undurchsichtiger Flächen geeignet.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Optisches Abtastverfahren mit relativ zu einem kohärenten Lichtstahl bewegten Hologrammen, dadurch gekennzeichnet, daß das im Bereich eines in an sich be-> kannter Weise durch Relativbewegung zwischen Hologrammen (34, 4OH, 64, 70, 75) und einem diese beaufschlagenden Lichtstrahl (30, 44A, 73") erzeugten Abtastlichtpunktes (23) gestreute und/oder reflektierte Licht (37A, 51) durch das selbe oder ein synchron zu diesem bewegtes zweites Hologramm (63) auf ein strahlungsempfindliches Element (38, 54, 67, 79, 79') übertragen wird. ^:

Optisches Abtastverfahren zur Umwandlung der reflexions abhängigen Charakteristiken einer undurchsichtigen Oberfläche in entsprechende elektrische Signale nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens- j schritte:

Dein durch einen Referenzstrahl und einen Objekt- i strahl erzeugtes Hologramm (34, 4OH, 64, 70, 75) wird ' durch einen ersten kohärenten Strahl (30, 44A, 73, 73')! bewegt, der einem vorgegebenen Bruchteil des besagten j Referenzstrahls entspricht, um einen streifenförmigen : Bruchteil des besagten Hologramms zu beleuchten. 2)Die besagte undurchsichtige Fläche (36,50) wird im Brennpunkt des rekonstruierten Strahles angeordnet, um entlang einer Linie auf der besagten Oberfläche liegende Punkte durch Strahlen zu beleuchten, die in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durch Bewegung des Hologramms relativ zum erstgenannten Strahl erzeugt werden, wobei die abzutastende undurchsichtige Fläche im wesentlichen senkrecht zur Fläche jedes der rekonstruierten Strahlen liegt, so daß das von jedem beleuchteten Punkt reflektierte oder gestreute

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Lichtmuster das gesamte Hologramm beleuchtet. 3)Rekonstruktion eines zweiten Strahls, der dem besagten Referenzstrahl entspricht und der von dem Lichtmuster ausgeht, das von jedem der besagten beleuchteten Punkte reflektiert oder gestreut wird. 4)Umwandlung der Energie im Brennpunkt des zweiten Strahls in ein elektrisches Signal.

3. Optisches Abtastverfahren nach den Ansprüchen 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Bereich eines holographisch erzeugten Lichtpunktes (23) gestreute und/oder reflektierte Licht (37A, 51) durch das erzeugende Hologramm (34, 40H) oder ein synchron mit diesem bewegtes zweites Hologramm (63) auf ein lichtempfindliches Element (38, 54, 67, 79, 79') fokusiert wird, vor dem eine Lochblende (55) zur Erhöhung des Auflösungsvermögens des Abtastlichtpunktes

\ (23) angeordnet ist.

J4. Optisches Abtastverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von mehrere Far-} ben enthaltendem Laserlicht und von jeder dieser Farbe zugeordneten lichtempfindlichen Elementen, derart, daß bei Abtastung mehrfarbiger Oberfläche die jeweils abgetasteten Farbwerte in elektrische Signale umgewandelt werden.

5. Optisches Abtastverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Hologramme jeweils mit Licht verschiedener Wellenlänge erzeugt und/oder abgetastet werden, derart, daß durch jedes Hologramm gleichzeitig mehrere nebeneinanderliegende Abtastspuren erzeugt werden.

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6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem; oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen relativ zu einem Lichtstrahl (30, 44A, 73') bewegbar angeordneten Hologrammträger (40, 72) mit durch das Zusammenwirken eines Referenzstrahls und eines Objektstrahls erzeugten Hologrammen (34, 4OH, 64, 70, 75), eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Hologrammbereichs mit einem konusförmigen kohärenten Lichtstrahl (30, 44A, 73"), der einem Teil des oben genannten Referenzstrahls entspricht zur Rekonstruktion eines einem Teil des ursprünglichen Objektstrahls entsprechenden konusförmigen Abtaststrahls, eine Vorrichtung zur Anordnung der besagten Hologramme in bezug auf einen abzutastenden Aufzeichnungsträger (36, 50), so daß der Brennpunkt des besagten rekonstruierten Strahls wesentlich in der Ebene des abzutastenden Aufzeichnungsträgers liegt, der durch den Bereich des jeweils abgetasteten Punktes durch den besagten Strahl beleuchtet wird, ein strahlungsempfindliches Element (38, 54, 67, 79, 79') zur Aufnahme des am Aufzeichnungsträger reflektierten oder : gestreuten Lichtes und Erzeugung eines von der Lichtenergie des auf es fokusierten Strahles abhängig elektrisches Signals und durch Mittel (33, 46, 78, 78'), durch die im Zusammenwirken mit einem der Hologramme die am Aufzeichnungsträger reflektierte Strahlung auf das besagte lichtempfindliche Element fokusiert wird.

7. Abtastvorrichtung nach Anspruch 6, zur Erzeugung eines von der reflexionsabhängigen Charakteristik einer Oberfläche abhängigen elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß das rekonstruierende Hologramm : (34, 4OH, 64, 70, 75) im wesentlichen parallel und in einer solchen Entfernung von der besagten Fläche (36,

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50) angeordnet ist, daß der Brennpunkt des konusförmigen Abtaststrahls einen Punkt dieser Oberfläche beleuchtet und daß die Achse des abtastenden Strahls im wesentlichen senkrecht zur besagten Fläche liegt.

8. Abtastvorrichtung nach den Ansprüchen 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vom jeweils beleuchteten Abtastpunkt des Aufzeichnungsträgers (36, 50) reflektierte und/oder gestreute Licht mit Hilfe eines Hologramms auf das lichtempfindliche Element fokusiert

'. wird.

9. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der An- ; Sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hologrammträger (40, 60, 62, 72) um eine : Achse (41) drehbar angeordnet sind, die den Brennpunkt des rekonstruierenden Strahls schneidet. ,

!1O. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der An- \ sprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ;

Hologrammträger (40, 60, 62) als Zylinder ausgebildet ist.

11. Abtastvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Hologrammträger (40, 60, 62) durchsichtig ist und daß die Hologramme am Zylindermantel angeordnet sind.

12. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Zylindermantel eine Vielzahl voneinander verschiedener Hologramme angeordnet ist, um eine Vielzahl von Abtastlinien zu erzeugen.

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13. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch eine erste Anzahl von Hologrammen (64) zur Rekonstruktion einer Vielzahl von konvergenten Strahlen in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, die jeweils einen Teil eines Objektstrahls entsprechen und denen jeweils ein Brennpunkt zugeordnet ist, der einen Punkt auf einer Abtastlinie . der abzutastenden Oberfläche beleuchtet und durch ' eine zweite Anzahl von Hologrammen (63) zur Fokusierung eines einem Referenzstrahl entsprechenden konvergenten j Strahls, der das von jedem beleuchteten Punkt aus- ι gehende Lichtmuster enthält.

14. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der An-

; Sprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur gemeinsamen Bewegung der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl von Hologrammen (63, 64) durch den besagten divergierenden Strahl.

:15. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hologrammträger (60, 62) aus zwei zu einer gemeinsamen Drehung angeordneten zylinderförmigen Elementen besteht, auf deren Umfang jeweils die gleiche Anzahl von Einzelhologrammen (63, 64) angeordnet ist und daß die Rotationsachse (41) der besagten zylinderförmigen Elemente den Brennpunkt des besagten divergierenden Strahles schneidet.

16. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hologrammträger aus einer flachen Platte (72) besteht, auf der eine Vielzahl von Hologrammen (70, 75) angeordnet ist.

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17. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hologrammträger aus zwei flachen Platten (72, 72') besteht, die zur gemeinsamen Drehung um eine senkrech zur abzutastenden Oberfläche liegenden Achse angeordnet sind, wobei die Hologramme auf der in Fortschaltungsrichtung des Lichtstrahls gesehen ersten Platte den divergierenden rekonstruierenden Lichtstrahl schnei-

j den, so daß eine Reihe von konvergierenden Strahlen ■ erzeugt wird.

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