DE3300581A1 - Optisches system - Google Patents

Optisches system

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DE3300581A1
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    • G11B7/13922—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration passive

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein optisches System gemäß des Oberbegriffes des Anspruches 1. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein optisches System zum Zusammenfassen einer Mehrzahl von Lichtbündeln, das in einer Vorrichtung zur Aufnahme bzw. Wiedergabe optischer Information, zur optischen Aufzeichnung von Bildinformation und ähnlichem auf einer optischen Scheibe bzw. Bildplatte und zu deren Wiedergabe be-
nutzt wird.
In der Technik ist ein solches System, das einen dichroitischen Spiegel verwendet, allgemein bekannt. Ein solches optisches System 100 ist wie in Fig. 1 dargestellt aufgebaut. In Fig. 1 sind mit den Bezugszeichen 102 und 104 Laserstrahlquellen bezeichnet, mit 106 und 108 Kollimatorlinsen, mit 110 und 112 dichroitische Spiegel, mit 114, 116 und 118 Relaislinsen, mit 120 ein Strahlenteiler, mit 122 eine λ/4 Platte, mit 124 ein Objektiv, mit 126 eine optische Scheibe und mit 128 und 130 Photodetektoren. Das von der Laserstrahlquelle 102 mit der Wellenlänge A1 emittierte Lichtbündel kann durch den dichroitischen Spiegel 110 hindurchtreten.-. Das von der Laserstrahlquelle 104 mit der Wellenlänge A9 emittierte Lichtbündel wird von dem dichroitischen Spiegel 110 reflek- tiert und wird auf diese Weise mit dem Lichtbündel, das die Laserstrahlquelle 102 emittiert, zusammengefaßt. Diese Lichtbündel werden durch die Relaislinse 114 und die JL/4 Platte 122 in das Objektiv 124 gelenkt und werden so auf vorgeschriebene Punkte auf der optischen Scheibe 126 gestrahlt.
Auf diese Weise läuft das Lichtbündel der Wellenlänge JL durch den dichroitischen Spiegel 110, und der dichroitische Spiegel 110 reflektiert gleichzeitig das Lichtbündel der Wellenlänge \„. Beim Zusammenfassen der Lichtbündel durch den dichroitischen Spiegel v/erden jedoch die folgenden Probleme aufgeworfen. Wegen der Charakteristik des dichroitischen Spie-
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gels ist es notwendig, daß die Wellenlängen A.·, und X„ der Lichtbündel sich um 100 nm unterscheiden. Gaslaser, wie z.B Ar-Laser, He-Ne-Laser oder ähnliche können diese Bedingung voll erfüllen. Der Halbleiterlaser mit GaA-ZAs, der in jüngst Zeit breite Verwendung findet, hat den Nachteil, daß hier de Licht an den beiden Grenzen des Wellenlängenbereiches, in de die Lichtbündel stabil erzeugt werden können, benutzt v/erden muß. Außerdem müssen, im Fall der Benutzung von Lichtbündeln verschiedener Wellenlängen, Maßnahmen zur Unterdrückung der chromatischen Aberration des Objektivs 124, der Relaislinsen 114, 118 usw. getroffen werden. Infolgedessen ist die Konstruktion eines solchen optischen Systems kompliziert und es hat ein hohes Gewicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches System vorzustellen zur Zusammenfassung einer Mehrzahl von Lichtbündeln von im wesentlichen gleicher Wellenlänge mit nur kleiner Winkeldifferenz zwischen, den Lichtbündeln, ohne wesentliche Verlust zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Erfin- [ dungsgemäß wird ein optisches System vorgestellt zum Emittie- I ren eines so durch das lichtbrechende Element laufenden erster| parallelen Lichtbündels, daß das Lichtbündel auf die-Fläche f
n des lichtbrechenden Elements unter einem Einfallswinkel gleich|
oder größer als ein kritischer Winkel auftrifft und dann nach g • Totalreflexion an der Oberfläche des lichtbrechenden Elements jj in eine vorgegebene Richtung läuft. Weiter hat das optische j:
System eine zweite Lichtbündel-emittierende Einrichtung zum r
Emittieren eines zweiten parallelen Lichtbündels zu der Fläche |
des lichtbrechenden Elements hin unter einem spezifierten Ein- I fallswinkel, so daß das zweite parallele Lichtbündel unter einem Brechungswinkel gebrochen wird,,eier im wesentliche^ gleich dem Brewster-Winkel ist und dann in eine Richtung, die mit der spezifierten Richtung einen vorbos t. i rnmten Winkel de-BAD ORIGINAL COPY
finiert, läuft. Außerdem enthält es eine auf der Fläche des lichtbrechenden Elements aufgebrachte reflexionsverhindernde Einrichtung, damit der Brechungswinkel des zweiten parallelen Lichtbündels sich dem kritischen Winkel nähert, wodurch der Winkel, der durch den vorbestimmten und den spezifierten Winkel definiert wird, reduziert wird. In diesem optischen System wird das erste parallele Lichtbündel von der Fläche des lichtbrechenden Elements total reflektiert, während das zweite parallele Lichtbündel von der Fläche unter einem Brechungswinkel, der im wesentlichen gleich dem Brewster-Winkel ist, gebrochen wird und dann mit der spezifierten V/inkeldifferenz relativ zu dem ersten parallelen Lichtbündel weiterläuft. Der Brechungswinkel des zweiten parallelen Lichtbündels-nähert sich dem kritischen Winkel infolge der reflexionsverhindernden Maßnahmen. Infolgedessen wird das zweite parallele Lichtbündel mit dem ersten parallelen Lichtbündel mit der kleinen Differenz zwischen beiden zusammengefaßt oder synthetisiert. Ferner benutzt dieses optische System keinen dichroitischen Spiegel, wodurch es möglich wird, eine Vielzahl von Lichtbündeln mit im wesentlichen der gleichen Wellenlänge zusammenzufassen.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines optischen Systems nach Stand der Technik, das in einer Vorrichtung zur Aufnahme bzw. Wiedergabe optischer Information benutzt v/ird;
Fig. 2 Diagramme mit charakteristischen Kurven der Varia- und 3 tion des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit vom Einfallswinkel;
Fig. 4 ein lichtbrechendes Element, bei dem an seinen Endflächen eine dünne Schicht oder Film aus dielektrischem Material aufgebracht ist;
Fig. 5 die Variation der Strahlenkonfiguration;
Fig. 6 den Zustand, bei dem die Strahlenkonfiguration und 7 durch ein Formprisma geformt wird;
Fig. 8 die optische Anordnung eines .optischen Systems ge j maß einer Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 9 die Strahlenabbildung auf einer optischen Scheibe durch das optische System aus Fig. 8; und
Fig. 10 den wesentlichen Teil eines optischen Systems gern einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 2 zeigt die Variation des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit vom Einfallswinkel eines Lichtbündels. In Fig. 2 stellt S die charakteristische Kurve von S-polarisiertem Licht des Lichtbündels dar, P_ die charakteristische Kurve vor j P-polarisiertem Licht des Lichtbündels, _i£ den kritischen Wir | kel und jLB den Brewster-Winkel. Das Lichtbündel wird bei eine Einfallswinkel gleich oder größer als der kritische Winkel i_c totalreflektiert und im Fall, daß es sich um P-polarisiertes Licht handelt, hat er ein Reflexionsvermögen 0 bei einem Einfallswinkel, der dem Brewster-Winkel entspricht. Aus Fig. sieht man, daß das Reflexionsvermögen des P-polarisierten Lichtes eine starke Veränderung zwischen dem Brewster-Winkel iB und dem kritischen. Winkel i£ aufweist.
Es hat sich gezeigt, daß die Ausbildung einer dielektrischen Filmschicht als reflexionsverhindernde Einrichtung auf der Grenzfläche zu einer stärkeren Änderung im Reflexionsvermögen bei einem Einfallswinkel, der ungefähr gleich dem kritischen Winkel ist, führt. Fig. 3 zeigt die Änderung beim Reflexionsvermögen eines P-polarisierten Lichtbündels in Abhängigkeit vom Einfallswinkel für den FaI], daß eine dünne Schicht oder Film aus dielektri-
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! schem Material, z.B. aus TiO? - SiO„ (TiO_ hat einen Bre-
i chungsindex η von 2,2 und SiO2 hat einen Brechungsindex n von
j 1,45), auf einem Glas mit dem Brechungsindex η von 1,51 aufge-
: bracht wird. In Fig. 3 stellt die Kurve A die charakteristi-
i sehe Kurve in dem Fall dar, bei dem die dünne Schicht aus di-
j elektrischem Material fünffach aufgetragen wird, während die
j Kurve B die charakteristische Kurve für den Fall darstellt,
i . daß die Schicht siebenfach aufgetragen wird. Im Fall der Kurve
I A hat das Lichtbündel ein Reflexionsvermögen von O bei einem
j Einfallswinke], der um 0,5° kleiner als der kritische Winkel
: i_C ist. Im Fall der Kurve B hat das Lichtbündel ein Re-
! flexionsvermögen von O bei einem Einfallswinkel, der um 0,2°
I ■ kleiner als der kritische Winkel jL£ ist. Daraus ist. zu sehen, .- · daß die Winkeldifferenz zwischen dem kritischen Winkel ±C_ und ! dem Brewster-Winkel IB durch die Ausbildung einer dielektrischen dünnen Schicht klein wird. (Im folgenden soll der Be- ; griff "Brewster-Winkel" genau den Winkel bedeuten, bei dem
das polarisierte Licht eines der Lichtbündel nach dem Auftref- ; fen auf die dielektrische Schicht überhaupt nicht reflektiert
wird.) Zu beachten ist hier, daß durch die Untersuchungen des j Erfinders bewiesen wird, daß die gleichen Ergebnisse auch mit
einem Lichtbündel aus S-polarisiertem Licht erhalten werden, ; wenn man den Aufbau der dielektrischen Schich.t variiert.
Fig. 4"zeigt ein rechtwinkliges Prisma als Zusammenfassungsprisma 10 aus Glas mit einem Brechungsindex η von 1,51, wobei das Prisma 10 auf seiner geneigten Fläche 12 mit einer vielschichtigen dünnen Schicht 14 versehen ist, die erhalten wird, indem man eine Vielzahl von dielektrischen Schichten übereinander aufbringt. Wenn ein Lichtbündel a von parallelen Lichtstrahlen auf die geneigte Fläche 12 von der Seite des Prismas 10 auf trifft mit einem Einfallswinkel _i_a (_i_a > der kritische Winkel _i_C) , wird das parallele Lichtbündel a von der geneigton Fläche total reflektiert. Wenn ein Lichtbündel b_ bestehend aus parallelen Lichtstrahlen in die geneigte Fläche 12 seitlich aus der Luft mit einem Einfallswinkel JJd ( ib < qq° )
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eindringt, verläßt dieses Lichtbündel b_ das Prisma, nachdem es mit einem Brechungswinkel iJo1 gebrochen wurde, und wird mit dem parallelen Lichtbündel a. zusammengefaßt. Der Zusammen hang zwischen dem Einfallswinkel JJd und dem Brechungswinkel ib' ergibt sich wie folgt in Übereinstimmung mit dem Snellius sehen Gesetz: Sin JJb / Sin jLb1 = η mit J^b' (Brechungswinkel) ic - i_o. Wenn der Einfallswinkel Ib nach Fig. 3 so bestimmt wird, daß im Fall eines fünfschichtigen Films 14 J1O 0,5° wird und daß im Falle' eines siebenschichtigen Films 14 _i_o 0,2° wird, daß al^o der Brechungswinkel JJb1 gleich dem Brewster-Winkel _iB_ ist, wird das Reflexionsvermögen des parallelen Lichtbündels b nahezu O. Dieser Einfallswinkel Ib kann aus dem erwähnten Snellius·sehen Gesetz bestimmt werden zu ib = arc sin η . sin (JX -Jjo) . Falls der Einfallswinkel i_a des Lichtbündels a so festgelegt wird, daß Jji £. _ic_, wird weiter der Reflexionswinkel jLa.1 des Lichtbündels a ebenfalls so bestimmt, daß gilt _ia >,%£_. Demgemäß v/erden die Lichtbündel a und b_ in dem Prisma 10 mit einer kleinen Winkeldifferenz von io = 0,2° oder 0,5° zusammengefaßt. Unter der Annahme, daß die so zusammengefaßten Lichtbündel das Winkelprisma 10 senkrecht zu der Seitenfläche des V/inkelprismas in die Luft verlassen, wird der Winkelunterschied zwischen den beiden Lichtbündeln 0,3° oder 0,75°. Wenn diese Lichtbündel durch ein Objektiv mit einer Brennweite von z.B. 5 mm fokussiert oder konvergiert werden, wird der Abstand zwischen den Abbildungspunkten der Lichtbündel ungefähr 25 μπι oder 65 μΐη. Der Wert | des Einfallswinkels xb_ wurde so gewählt, daß das Reflexions- I vermögen 0 wird. Jedoch wird das Reflexionsvermögen kleiner ;; oder gleich 5%, bis der Winkelunterschied jl£ ungefähr 0,1° iim Falle einer siebenschichtigen dielektrischen Schicht und | ungefähr 0,2° im Falle einer fünfschichtigen dielektrischen \ Schicht ist. Demzufolge ist es möglich, den Abstand zwischen' { den Lichtbündelpunkten weiter zu verkleinern, falls der Einfallswinkel. JJd so bestimmt, wird, daß rli ο Wi nke 1 di f i'crcnz in den erwähnten Bereich fallen kann.
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Während einerseits das Lichtbündel a in Fig. 4 unter Beibehaltung seiner ursprünglichen Bündelkonfiguration reflektiert wird, wird andererseits der Durchmesser des Lichtbündels b, wie in Fig. 5 gezeigt, so vergrößert, daß der Bündeldurchmesser des auslaufenden Lichts O/I mal so groß wie der Bündeldurchmesser des einfallenden Lichts ist, wobei O/I = cos ±b_' / cos ijD und jJd' = arc sin (sinlb) / η ist. Das auslaufende Licht des Bündels b hat dann einen elliptischen Strahlabbildungspunkt, der durch Verlängerung des einfallenden Bündels entlang der Einfallsfläche des Prismas 10 bewirkt wird. Falls, wie in Fig. 6 gezeigt, ein Formprisma 16 mit einer vielschichtigen dünnen Schicht 20 ähnlich der oben erwähnten auf seiner geneigten Fläche 18 gegenüber dem Zusammenfassungsprisma IO auf der Seite der äußeren, der Luft zugewandten Schicht, angeordnet ist, hat das auslaufende Licht des Bündels b die gleiche Bündelkonfiguration wie das einfallende Licht. Das heißt, das auslaufende und einfallende Licht des Bündels b werden bezüglich der Bündelkonfiguration gleich.
Demgegenüber zeigt das auslaufende Licht eines Halbleiterlaserbündels im allgemeinen kein isotropes Strahlabbildungsmuster, sondern es hat ein elliptisches Strahlabbildungsmuster von ungefähr 1 : 2 bis 1:4. Deshalb kann, falls, wie in Fig. 7 gezeigt, das Formprisma 16 gegenüber dem Prisma 10 so angeordnet wird, daß es gegen das Prisma 10 unter einem vorbestimmten Winkel geneigt ist, das Verhältnis 0/1 auf einen geeigneten Wert in Übereinstimmung mit dem Grad der Elliptizität des Halbleiterlaserbündels-eingestelIt werden. Auf die.se Weise ist es möglich, den Querschnitt des Halbleiterlaserbündels in eine im wesentlichen zirkuläre Konfiguration, zu bringen. Obwohl die vielschichtige dünne Schicht 20 auf der geneigten Fläche 18 des Formprismas 16 nicht immer notwendig ist,· wird der vielschichtige Film 20 aufgebracht, wenn der Einfallswinkel des Lichtbündels b auf die geneigte Fläche 18 ungefähr gleich dem kritischen Winkel bzw. Grenzwinkel ist.
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Im folgenden v/ird auf das optische System 30 eingegangen, das nach dem oben erwähnten Prinzip aufgebaut wurde. Wie in Fig. gezeigt, hat das optische System 30 ein Zusammenfassungsprism 10 als lichtbrechendes Element. Das Prisma 10 weist auf seiner geneigten Fläche 12 einen vielschichtigen Film 14 aus geschichtet aufgebrachten dielektrischen dünnen Schichten auf, die jeweils aus z.B. TiO„ - SiOp bestehen. Dieser vielschichtige Film 14 stellt die reflexionsverhindernde Einrichtung dieser Erfindung dar. Weiter weist' das optische System 30 eine erste lichtbündelemittierende Einrichtung 32 zum Emittieren eines ers'en Lichtbündels a von parallelen Lichtstrahlen auf, die dem Lichtbündel a das Durchlaufen des Prismas 10 gestattet und wodurch es in die geneigte Fläche 12 des Prismas mit einem Einfallswinkel gleich oder größer als der kritische Winkel ^c eintritt. Diese erste lichtbündelemittierende Einrichtung 32 weist eine erste Laserstrahlquelle 34, eine Kollimatorlinse 36 zum Umwandeln des aus der Laserstrahlquelle emittierten Lichtbündels in das erste parallele Lichtbündel, und einen Spiegel 38 zum Leiten des parallelen Lichtbündels > auf die geneigte Fläche 1-2 des Prismas- 10 hin auf. Das optische System 30 weist ebenfalls eine zweite lichtbündelemittierende Einrichtung 40 zum Emittieren eines zweiten Lichtbündels b_ von parallelen Lichtstrahlen auf, die das zweite parallele Lichtbündel auf die geneigte Fläche 12 von der an Luft angrenzenden Seite unter einem vorbestimmten Einfallswinkel fallen läßt. Diese zweite lichtbündelaussendende Ein- | richtung 40 weist eine zweite Laserstrahlquelle 42, eine I Kollimatorlinse 44 zum Umwandeln des aus der Laserstrahl- t quelle 42 emittierten Lichtbündels in das zweite parallele | Lichtbündel und ein Formprisma 16 zum Formen des Querschnit- I tes des zweiten parallelen Lichtbündels derart, daß seine | Elliptizität ein vorgegebenes Verhältnis aufweist, auf. Die i
geneigte Fläche 18 des Formprismas 16 ist gegenüber der geneigten Fläche 12 des rechtwinkligen Prismas 10 so angeordnet, daß es gegen die geneigte Fläche 12 unter einem vorge-COPY schriebenen Winkel geneigt ist. Außerdem ist auf der geneigten
• a *■ ι
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Fläche 18 ein vielschichtiger Film 20 aus einer Mehrzahl von dielektrischen dünnen Schichten aufgebracht.
Das auf die geneigte Fläche 12 auftreffende Lichtbündel a wird total reflektiert und ändert seine Laufrichtung abwärts. Das Lichtbündel b_ wird nach Durchdringen des vielschichtigen Films 14 gebrochen und kann auf diese Weise abwärts laufen, •wobei es eine vorbestimmte Winkeldifferenz relativ zu dem Lichtbündel a definiert. Unter der Annahme, 'daß der Einfallswinkel des Lichtbündels a durch den kritischen Winkel J1C gegeben ist und der Einfallswinkel JJd des Lichtbündels b_ durch rb = arc sin η . sin (i_c_ - i_o) bestimmt wird (wobei η = 1,51, i^ = 0,2 oder 0,5), wird die Winkeldifferenz zwischen dem Lichtbündel a und dem Lichtbündel b im Fall des siebenschichtigen Films 14 ungefähr 0,2° und im Fall des fünfschichtigen Films 14 ungefähr 0,5°.
Weiter weist das optische System 30 Relaislinsen 46, 48 und 50, einen Strahlenteiler 52, eine Λ/4 Platte 54 und ein Objektiv 56 als Fokussiereinrichtung auf. Die beiden zusammengefaßten Lichtbündel a und b_ werden in das Objektiv 56 durch die Relaislinse 46, den Strahlenteiler 52, die Relaislinse und die Λ/4 Platte 54 in der angegebenen Reihenfolge geleitet. Diese Lichtbündel a und b werden dann von dem Objektiv
—· —
56 auf zwei Punkte auf der optischen Scheibe 58.konvergiert oder fokussiert. Dann werden die Lichtbündel a und b_ von der optischen Scheibe 58 bzw. optischen Platte reflektiert und durch das Objektiv 56, die Λ/4 Platte 54 und die Relaislinse 48 in der angegebenen Reihenfolge in den Strahlenteiler 52 geleitet. Beim Durchgang und Rücklauf durch die Λ-/4 Platte 54, d.h. durch Umkehren durch die Λ/4 Platte 54, wird die'· Polarisationsebene der Lic;. i:bündel a und b um 90° gedreht. Die Lichtbündel a -.and b_ wellen dabei iurch den Strahlenteiler 52 reflektiert, un : wer-ien mn zu Ph< > '.ode1 -ktoren 60 und 62 liurc!'.· ein« ReI . Lslinse > geleite' . Da, wie schon erwähnt,
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die Lichtbündel a und b eine vorbestimmte Winkeldifferenz aufweisen, treffen sie auf jeweils verschiedene Detektoren 60 und 62, nachdem sie durch die Relaislinse 50 gelaufen sind.
Der Abstand zwischen den beiden Strahlpunkten S. und S„, die durch Fokussieren der beiden Lichtbündel a und b_ auf die optische Scheibe 58 erhalten werden, beträgt.nur Millimikron. Wie Fig. 9 zeigt, wird die Information, die als Einprägung P auf die optische Scheibe 58 vom Strahlpunkt S1 geschrieben wird, durch den Strahlpunkt S„ , der nur um wenige Millimikron gegenüber der Position des Strahlpunktes S. nach hinten versetzt ist, ausgelesen. Dadurch v/i rd es möglich, die auf die optische Scheibe 58 geschriebene Information zu überprüfen.
Bei dem wie oben ausgeführt konstruierten optischen System wird das von der ersten lichtbündelemittierenden Einrichtung 32 emittierte parallele Lichtbündel a von der geneigten Fläche 12 des Prismas 10 totalreflektiert und wird dann nach unten j gelenkt. Das aus der zweiten lichtemittierenden Einrichtung emittierte parallele Lichtbündel b_ wird durch die geneigte Fläche 12 gebrochen und verläßt dann das Prisma 10 unter dem Brewster-Winkel. Dabei hat das parallele Lichtbündel t> infolge des vielschichtigen Films 14 einen Brewster-Winkel ungefähr gleich ,dem kritischen Winkel. Aus diesem Grund .werden die Lichtbündel a und b_ zusammengefaßt mit einer kleinen Winkel- | differenz. Demgemäß ist es möglich, den Abstand zwischen J[ ■ den beiden Strahlabbildungspunkten S1 und S der beiden durch | das Objektiv 56 auf die optische Scheibe 58 konvergierten I Lichtbündel zu. verkleinern. Als Ergebnis erhält man ein optisches System, das die aufgezeichnete Information schnell reproduzieren kann und das ausgezeichnete Response-Eigenschaf- j ten aufweist. Da gemäß dem optischen System 30 die Lichtbün-COPY del a und b_ mit einer nur kleinen Winkeldifferenz zusammengefaßt werden, ist es weiter möglich, die Zerstreuung der Lichtbündel infolge der Aberration der Heiaislinsen 46,48, des Objek
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tivs 56 usw. zu verhindern, wodurch kleine Strahlabbildungspunkte erreicht werden. Da gemäß dem optischen System 30 der Erfindung die beiden Lichtbündel a und Ib durch das Zusammenfassungsprisma 10 zusammengefaßt v/erden, ist es außerdem möglich, Lichtbündel mit im wesentlichen der gleichen Wellenlänge zusammenzufassen. Deshalb brauchen keine Maßnahmen zur Verhinderung der chromatischen Aberration der Relaislinsen 46, 48 oder 50, des Objektivs 56 usw. getroffen zu-werden. Damit kann ein im Aufbau einfaches optisches System erhalten werden. Weiter weist die zweite lichtbündelemittierende Einrichtung 40 ein Formprisma 16 auf, das die Strahlkonfiguration des Lichtbündels b_ formt. Aus diesem Grunde können Strahlverluste des Lichtbündels b_ durch die Vignettierung des Objektivs 56 vermieden werden, wodurch das von der Laserstrahlquelle 42 emittierte Lichtbündel effektiv genutzt v/erden kann.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform. Zum Beispiel wurde in der oben erwähnten Ausführungsform das Zusammenfassen von zwei Lichtbündeln beschrieben. Jedoch können mit dem optischen System nach der Erfindung drei oder mehr Lichtbündel durch Vereinigung einer Mehrzahl von Zusarnmenfassungsprismen zusammengefaßt werden. Fig. 10 zeigt.ein Beispiel mit einem ersten Zusammenfassungsprisma 10 und einem zweiten Zusammenfassungsprisma 64. Die Zusammenfassungsprismen 10 und 64 weisen auf ihren geneigten Flächen vielschichtige Filme 14 und 66 auf. Zuerst werden das von der ersten lichtbündelemittierenden Einrichtung 32 emittierte Lichtbündel a und das von der zweiten lichtbündelemittierenden Einrichtung 40 emittierte Lichtbündei b_ durch das Zusammenfassungsprisma 10 zusammengefaßt. Dann wird ein von einer dritten lichtbündelem L ttierendr:: Einrichtung 68 emittiertes Lichtbündei £ und die zusamm^ugefaiicen Lichtbündel a und b_ durch das Zusammen!', issuny.r.pr i rma (>4 zusammengefaßt. Auch bei . diefit-r Ausfiihrungsi'orm kann ein Formprisma in einer geeigneten Position angebracht werden.
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Claims (1)

  1. PATENTANWALT DIPL-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-SOOO MÜNCHEN 9O
    SU 22-2638 P/M/be
    Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo, Japan
    Optisches System
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Optisches System zum Zusammenfassen von Lichtstrahlen mit einem lichtbrechenden Element (10) mit mindestens einer Fläche (12);
    einer ersten Lichtbündel-aussendenden Einrichtung (32) zum Aussenden eines durch das lichtbrechende Element laufenden ersten Lichtbündels aus parallelen Lichtstrahlen, wobei das erste parallele Lichtbündel nach Reflexion an der Fläche des lichtbrechenden Elements aus dem lichtbrechenden Element austritt; und
    einer zweiten Lichtbündel-aussendenden Einrichtung (40) zum Aussenden eines zweiten Lichtbündels aus parallelen Lichtstrahlen zu der Fläche des lichtbrecheriden Elements, wobei das zweite parallele Lichtbündel von dem lichtbrechenden Element gebrochen wird und aus diesem austritt, dadurch gekennzeichnet, daß
    .die erste Lichtbündel-aussendende Einrichtung (32) das erste parallele Lichtbündel zu der Fläche (12) des lichtbrechenden Elements (10) mit einem Einfallswinkel, der gleich oder gröd-
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    ser dem kritischen Winkel ist, aussendet, wobei das erste parallele Lichtbündel, nach Totalreflexion an der Fläche des lichtbrechenden Elements in eine vorgegebene Richtung austritt, und daß die zweite Lichtbündel-aussendende Einrichtung (40) das zweite parallele Lichtbündel mit einem vorgegebenen Einfallswinkel zu der Fläche hin aussendet, wobei das zweite parallele Lichtbündel nach Brechung durch das lichtbrechende •Element mit einem Brechungswinkel, der im wesentlichen gleich dem Brewster-Winkel ist, in einer Richtung läuft, die mit der vorgegebenen Richtung eine vorbestimmte Winkeldifferenz bildet; und ferner gekennzeichnet durch eine reflexionsverhindernde Einrichtung (14), die auf der Fläche des lichtbrechenden Elements aufgebracht wird, um den Brechungswinkel des zweiten parallelen Lichtbündels dem kritischen Winkel anzunähern, wodurch die Winkeldifferenz reduziert wird.
    2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsverhindernde Einrichtung eine auf der Fläche (12) des lichtbrechenden Elements (10) aufgebrachte dielektrische Schicht (14) aufweist.
    3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (14) vielschichtig durch Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten ausgebildet ist.
    4. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtbrechende Element (10) ein rechtwinkliges Prisma ist, und daß die reflexior.sverhindernde Einrichtung auf einer geneigten Fläche des rechtwinkligen Prismas aufgebracht ist.
    5. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtbündel-aussendende Einrichtung (32) das erste parallele Lichtbündel in die Fläche (12) im wesentlichen unter dem kritischen Winkel eintreten läßt, und wo der vorgegebene Einfallswinkel des zwei'en parallelen Lichtbün-
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    BAQ ORIfifMAI
    dels durch die Gleichung jLb_ = arc sin η . sin _ij3 bestimmt is wenn _ib_ der vorgegebene Einfallswinkel, n_ der Brechungsindex des lichtbrechenden Elements (10) ist und wobei ange- ηοmmen wird, daß der Brechungswinkel i_b' gleich dem BrewsterWinkel IB ist.
    6. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtbündel-aussendende Einrichtung (32) eine erste Laserstrahlquelle (34) und eine Kollimatorlinse (36) zum Umwandeln des aus der Laserstrahlquelle emittierten Lichtbündels in ein paralleles Lichtbündel aufweist, und daß die zweite Lichtbündel-aussendende Einrichtung (40) eine zweite Laserstrahlquelle (42) zum Emittieren eines Lichtbündels mit im wesentlichen gleicher Wellenlänge wie die Wellen länge des aus der ersten Laserstrahlquelle emittierten Licht bündeis und eine Kollimatorlinse (44) zum Umwandeln des Lichtbündels in ein paralleles Lichtbündel aufweist.
    7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lichtbündel-aussendende Einrichtung (40) ein Formprisma (16) aufweist, das das zweite parallele Lichtbündel in ein Lichtbündel mit vorgegebener Elliptizität formt, damit das Lichtbündel in die Fläche des lichtbrechenden Elements (10) eintreten kann.
    8. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Formprisma (16) ein rechtwinkliges Prisma mit einer auf seiner geneigten Fläche (18) aufgebrachten vielschichtigen Schicht (20) bestehend aus dielektrischen Schichten ist, das so angeordnet ist, daß seine geneigte Fläche unter einem spezifizierten Winkel relativ zur Fläche (12) des lichtbrechenden Elements (10) geneigt ist.
    g. Optisches System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinrichtung (56) zum Fokussieren des von der Fläche des lichtbrechenden Elements (10) totalreflektierten ersten
    JJUUDÖ I
    -A-
    parallelen Lichtbündels und des von dem lichtbrechenden Element gebrochenen zweiten parallelen Lichtbündels zur Bildung von Punkten des ersten und zweiten Bündels auf einer spezifizierten flachen Ebene in gegenseitig zueinander ausgerichteter Anordnung.
    10. Optisches System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch .ein zweites lichtbrechendes Element (64), mit mindestens einer Fläche, wobei das erste und zweite parallele Lichtbündel nach Durchlaufen des lichtbrechenden Elements (10) an der Fläche des zweiten lichtbrechenden Elements totalreflektiert werden und dadurch in eine vorgegebene Richtung laufen; eine dritte Lichtbündel-aussendende Einrichtung (68·) zum Aussenden eines dritten Lichtbündels aus parallelen Lichtstrahlen, die das dritte parallele Lichtbündel in die Fläche des zweiten lichtbrechenden Elements unter einem vorgegebenen Einfallswinkel eindringen läßt, wobei das dritte parallele Lichtbündel nach Brechung durch das zweite lichtbrechende Element in einem Winkel, der im wesentlichen gleich dem Brewster-Winkel ist, in einer Richtung läuft, die mit dem ersten und zweiten parallelen Lichtbündel eine vorbestimmte Winkeldifferenz bildet; und
    eine zweite reflexionsverhindernde Einrichtung (66), die auf der Fläche des zweiten lichtbrechenden Elements ausgebildet ist, damit der Brechungswinkel des dritten parallelen Lichtbündels sich dem kritischen Winkel annähert, wodurch eine Reduzierung der Winkeldifferenz zwischen dem dritten parallelen Lichtbündel und dem ersten und zweiten parallelen Lichtbündel bewirkt wird.
    11. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflexionsverhindernde Einrichtung eine dielektrische dünne Schicht (66) aufweist, die auf der Fläche des zweiten Iiohtbrcchenden Elements aufgebracht ist.
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    BAD ORIGINAL
    0058
    12. Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht vielschichtig durch Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von dielektrischen dünnen Schichten ausgebildet ist.
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DE3300581A 1982-01-11 1983-01-10 Optisches System zum Zusammenfassen von zwei von unterschiedlichen Lichtquellen ausgehenden Strahlenbündeln Expired DE3300581C2 (de)

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