DE3432566A1 - Device for deflecting a light beam - Google Patents

Device for deflecting a light beam

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Abstract

In order to deflect a light beam into a desired direction in space, a first deflection is firstly carried out by a Bragg cell arrangement (2, 3) and a further deflection thereafter by an optical fibre arrangement (5). The optical fibres (6) of the optical fibre arrangement are tightly bundled on the input side (E) and widely fanned out on the output side (A). Deflection of the light beam (9) by the Bragg cell arrangement is carried out in such a way that the deflected light beam (9') is directed onto the input-side end (8(E)) of that optical fibre (6) whose output-side end (8(A)) points in the desired direction in space. <IMAGE>

Description

Einrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls Device for deflecting a light beam

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls mit einer Bragg-Zellen-Anordnung, die eine Ablenkung des Lichtstrahls in zwei Dimensionen ermöglich. zu Eine solche Einrichtung ist aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 085 581 bekannt. Die Bragg-Zellen-Anordnung kann auch aus zwei hintereinandergeschalteten Bragg-Zellen, die den Lichtstrahl jeweils in einer Richtung ablenken, bestehen. Bei den bekannten Einrichtungen ist es von Nachteil, daß der Raumbereich, innerhalb dessen eine Strahlablenkung möglich ist, stark -begrenzt ist.The invention is based on a device for deflecting a light beam with a Bragg cell arrangement that deflects the light beam in two dimensions possible. To such a device is from the European patent application no. 0 085 581 known. The Bragg cell arrangement can also consist of two series-connected Bragg cells, each of which deflects the light beam in one direction, exist. In the known devices, it is disadvantageous that the space within whose beam deflection is possible is severely limited.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls anzugeben, bei der uber einen großen Winkelbereich eine Strahlablenkung möglich ist.It is the object of the invention to provide a device for deflecting a Specify a light beam in which a beam deflection over a large angular range is possible.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This problem is solved with those specified in claim 1 Means. Advantageous further developments can be found in the subclaims.

Mit der neuen Einrichtung ist eine Strahlablenkung uber einen Winkelbereich von +900 bis -900, bezogen auf die Gerade, die durch die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls im nichtabgelenkten Zustand bestimmt ist, möglich.With the new device is a beam deflection over an angular range from +900 to -900, based on the straight line through the direction of propagation of the Light beam is determined in the undeflected state, possible.

Zur Strahlablenkung sind keinerlei aufwendige mechanische Bauelemente erforderlich. Das Umschalten von einer Ablenkrichtung zur nächsten erfolgt sehr schnell (ca. 1 Mikrosekunde).There are no complex mechanical components for deflecting the beam necessary. Switching from one direction of deflection to the next is very done fast (approx. 1 microsecond).

Die Erfindung wird anhand der einzigen Zeichnung beispielsweise näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the single drawing, for example explained.

Bei dem Ausführungsbeispiel wird zum leichteren Verstandnis davon ausgegangen, daß die Bragg-Zellen-Anordnung aus zwei einzelnen und hintereinandergeschalteten Bragg-Zellen besteht, wobei die Bragg-Zellen so angeordnet sind, daß sie den Lichtstrahl in zueinander senkrechten Richtungen ablenken.In the embodiment, it is used to facilitate understanding thereof assumed that the Bragg cell arrangement consists of two individual and one behind the other Bragg cells consists, the Bragg cells are arranged so that they the light beam deflect in mutually perpendicular directions.

Es ist bekannt, daß von Bragg-Zellen außer dem Lichtstrahl, der in die gewünschte Richtung abgelenkt ist, auch noch weitere Lichtstrahlen ausgehen. Einer davon zeigt in die Richtung, in die der abzulenkende Lichtstrahl die Bragg-Zelle ohne Strahlablenkung verlassen wurde. Bei den anderen handelt es sich um Lichtstrahlen höherer Ordnung.It is known that, in addition to the light beam emitted in the desired direction is deflected, more rays of light also emanate. One of them points in the direction in which the light beam to be deflected moves the Bragg cell was left without beam deflection. The others are rays of light higher order.

Der Winkel, um den eine Strahlablenkung erfolgt, hängt von den Frequenzen der elektrischen Ansteuersignale für die Bragg-Zellen ab. Die Verwendung von Bragg-Zellen zur Strahlablenkung ist an sich bekannt, sodaß hier hierauf nicht näher eingegangen wird.The angle at which the beam is deflected depends on the Frequencies of the electrical control signals for the Bragg cells. The usage of Bragg cells for beam deflection is known per se, so this is not the case here will be discussed in more detail.

Ein in einem Laser 1 erzeugter Lichtstrahl 9 gelangt in einem bestimmten Einstrahlwinkel ("Bragg-Winkel") zu den beiden hintereinandergeschalteten Bragg-Zellen 2, 3, die die Bragg-Zellen-Anordnung bilden. Die eine Bragg-Zelle 3 wird von einem Signal mit der Frequenz f angesteuert und lenkt den Lichtstrahl in eine Richtung x ab und die andere 2 wird von einem Signal mit der Frequenz f angesteuert und lenkt den Lichtstrahl in eine Richtung y ab.A light beam 9 generated in a laser 1 arrives in a specific one Angle of incidence ("Bragg angle") to the two Bragg cells connected in series 2, 3, which form the Bragg cell array. The one Bragg cell 3 is from a Signal is driven with frequency f and directs the light beam in one direction x from and the other 2 is controlled and steered by a signal with the frequency f the light beam in a direction y.

Die Ansteuersignale werden von einer Steuereinrichtung 4 abgegeben.The control signals are emitted by a control device 4.

Dadurch ist es möglich, den Lichtstrahl in der x-y-Ebene beliebig abzulenken, wobei die maximale Ablenkung in der x- und y-Richtung von den Bragg-Zellen abhängt. Handelsübliche Bragg-Zellen ermöglichen eine Strahlablenkung - je nach Material, Wellenlänge und Frequenzhub - um beispielsweise 4 Grad. Der so abgelenkte Lichtstrahl wird zu einer Lichtleitfaseranordnung 5 geleitet.This makes it possible to freely position the light beam in the x-y plane deflect, with the maximum deflection in the x and y directions from the Bragg cells depends. Commercially available Bragg cells allow beam deflection - depending on Material, wavelength and frequency deviation - by, for example, 4 degrees. The so distracted one Light beam is directed to an optical fiber arrangement 5.

Die Lichtleitfaseranordnung 5 besteht aus einer Vielzahl von Lichtleitfasern 6, die an ihrem einen Ende - dem eingangsseitigen Ende E - stark gebündelt und an ihrem anderen Ende - dem ausgangsseitigen Ende A - stark gefächert sind. Dadurch hat die Lichtleitfaseranordnung die Form eines pilzförmigen Gebildes. Um die einzelnen Lichtleitfasern in der gewünschten Lage zu halten, gibt es verschiedene Möglichkeiten; eine davon ist das Einbetten der Lichtleitfasern in eine Vergußmasse.The optical fiber arrangement 5 consists of a plurality of optical fibers 6, which at one end - the input end E - are strongly bundled and at their other end - the output-side end A - are strongly fanned out. Through this the optical fiber arrangement has the shape of a mushroom-shaped structure. To the individual There are various ways of holding optical fibers in the desired position; one of them is embedding the optical fibers in a potting compound.

Die Größe des eingangsseitigen Endes E ist so gewählt, daß der Lichtstrahl 9' auf jede einzelne der gebündelt angeordneten Lichtleitfaser gerichtet werden kann. Die Größe hängt somit von dem durch die Bragg-Zellen-Anordnung bestimmten maximalen Ablenkwinkel und dem Abstand zwischen der Bragg-Zellen-Anordnung und der Licht leitfaseranordnung ab.The size of the input end E is chosen so that the light beam 9 'are directed onto each of the bundled optical fibers can. The size thus depends on that determined by the Bragg cell arrangement maximum deflection angle and the distance between the Bragg cell array and the Optical fiber arrangement from.

Die Fächerung der Lichtleitfasern 6 am ausgangsseitigen Ende A erfolgt so, daß der Lichtstrahl in jede gewünschte Raumrichtung gelenkt werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die ausgangsseitigen Lichtleitfaserenden uber die Oberfläche einer Halbkugel gleichmäßig verteilt.The optical fibers 6 are fanned out at the output end A so that the light beam can be directed in any desired spatial direction. at In the exemplary embodiment, the optical fiber ends on the output side are over the surface evenly distributed over a hemisphere.

Bei der Herstellung muß zunächst ermittelt werden, welches eingangsseitige Lichtleitfaserende 8(E) zu dem gewünschten ausgangsseitigen Lichtleitfaserende 8(A) gehört. Diese bei der Herstellung ermittelte Zuordnung wird gespeichert und zwar in der Steuereinrichtung 4. Zur Ablenkung des Lichtstrahls 9 in eine gewünschte Raumrichtung wird dann wie folgt vorgegangen: - abhängig von der gewunschten Raumrichtung wird ermittelt, welchem eingangsseitigen Lichtleitfaserende 8(E) der von der Bragg-Zellen-Anordnung abgelenkte Lichtstrahl 9' zugefuhrt werden muß, - abhängig von der Lage des gewünschten Lichtleitfaserendes 8(E) wird die durch die Bragg-Zellen-Anordnung erforderliche Ablenkung ermittelt, - abhängig von der erforderlichen Ablenkung werden die Frequenzen der Ansteuersignale für die Braggzellen gewählt.During production, it must first be determined which one is on the input side Optical fiber end 8 (E) to the desired output-side optical fiber end 8 (A) heard. This assignment determined during manufacture is saved, namely in the control device 4. To deflect the light beam 9 into a desired one The spatial direction is then proceeded as follows: - depending on the desired spatial direction it is determined which optical fiber end 8 (E) on the input side is from the Bragg cell arrangement deflected light beam 9 'must be supplied, - depending on the location of the desired Optical fiber end 8 (E) becomes the one required by the Bragg cell arrangement Distraction detected, - depending on the distraction required the frequencies of the control signals for the Bragg cells are selected.

Durch die beschriebene "zweistufige" Ablenkung des Lichtstrahls ist es möglich, den Lichtstrahl innerhalb eines sehr großen Raumbereiches abzulenken.The "two-stage" deflection of the light beam described is it is possible to deflect the light beam within a very large area.

Bei der relativen Anordnung von Bragg-Zellen-Anordnung zu der Lichtleitfaseranordnung ist darauf zu achten, daß der Anteil des Lichtstrahls, der durch die Bragg-Zelle nicht abgelenkt wird, und abgelenkte Lichtstrahlen höherer Ordnung nicht auf das eingangsseitige Ende des Lichtleitfaserbündels gelangen. Wählt man den Querschnitt des eingangsseitigen Endes des Lichtleitfaserbundels in geeigneter Weise, so läßt sich erreichen, daß die unerwunschten Lichtstrahlen an dem Lichtleitfaserbundel vorbeistrahlen.With the relative arrangement of the Bragg cell arrangement to the optical fiber arrangement care must be taken that the portion of the light beam that passes through the Bragg cell is not deflected, and deflected higher order light rays do not hit the arrive at the input end of the optical fiber bundle. If you choose the cross-section the input end of the optical fiber bundle in a suitable manner, so lets achieve that the undesired light rays on the optical fiber bundle beam past.

Um sicherzustellen, daß der von der Bragg-Zellen-Ånordnung abgelenkte Lichtstrahl genau in die Mitte der gewünschten Lichtleitfaser trifft, ist bei einer Weiterbildung eine Regeleinrichtung vorgesehen. Hierzu sind zwei Lichtleitfasern vorgesehen, die die durch sie weitergeleiteten Lichtstrahlen auf jeweils einen Strahlungsdetektor lenken.To ensure that the diverted from the Bragg cell arrangement Light beam hits exactly in the middle of the desired optical fiber, is with one Further development a control device is provided. There are two optical fibers for this purpose provided that the light beams passed through them to a radiation detector to steer.

Anstatt weitere Lichtleitfasern mit nachgeschalteten Strahlungsdetektoren vorzusehen, ist es auch möglich, die Strahlungsdetektoren direkt in der Ebene des eingangsseitigen Endes des Lichtleitfaserbundels anzuordnen. In diesem Fall wird die Apertur der Strahlungsdetektoren gleich der Apertur einer Lichtleitfaser der Lichtleitfaseranordnung gewählt.Instead of further optical fibers with downstream radiation detectors It is also possible to provide the radiation detectors directly in the plane of the to be arranged on the input end of the optical fiber bundle. In this case it will the aperture of the radiation detectors is equal to the aperture of an optical fiber of the Optical fiber arrangement selected.

Zur Regelung wird der Lichtstrahl auf die Lichtleitfaser mit dem ihr nachgeschalteten Strahlungsdetektor oder auf den Strahlungsdetektor direkt gerichtet. Erfolgt die Strahlablenkung wie vorgeschrieben, d.h. trifft der Lichtstrahl in der Mitte der Lichtleitfaser oder des Strahlungsdetektors auf, dann hat das Ausgangssignals des Strahlungsdetektors seinen Maximalwert. Zur Regelung wird der Lichtstrahl zunächst in der einen Ablenkrichtung (Ansteuersignal mit Frequenz x ) und danach in der anderen Ablenkrichtung (Ansteuersignal mit Frequenz f ) uber den y Strahlungsdetektor hinwegbewegt. Dadurch kann ermittelt werden, welche Werte die Frequenzen x und f tatsächlich haben müssen, damit der Lichtstrahl genau in der Mitte auf den Strahlungsdetektor auftrifft. Die Abweichung der ermittelten Werte von den Sollwerten ist die Regelgröße. Anstelle eines einzigen Strahlungsdetektors ist es auch möglich, für jede der beiden Ablenkrichtungen einen Strahlungsdetektor vorzusehen (oder Lichtleitfaser mit nachgeschaltetem Strahlungsdetektor). In diesem Fall wählt man eine solche räumliche Anordnung, daß fur die eine Ablenkeinrichtung f maximal und f minimal und fur die x y andere Ablenkrichtung f minimal und f maximal ist.To regulate the light beam on the optical fiber with her downstream radiation detector or aimed directly at the radiation detector. If the beam is deflected as prescribed, i.e. if the light beam hits the Center of the optical fiber or the radiation detector, then has the output signal of the radiation detector reaches its maximum value. The light beam is initially used for regulation in one deflection direction (control signal with frequency x) and then in the other Deflection direction (control signal with frequency f) moved over the y radiation detector. This makes it possible to determine which values the frequencies x and f actually have must so that the light beam hits the radiation detector exactly in the middle. The deviation of the determined values from the setpoints is the controlled variable. Instead of a single radiation detector, it is also possible for each of the two deflection directions to provide a radiation detector (or optical fiber with a downstream radiation detector). In this case one chooses such a spatial arrangement that for one deflection device f maximal and f minimal and for the x y other deflection direction f minimal and f maximal is.

x y Bei der Herstellung wird ermittelt, welche Verhältnisse zwischen den Frequenzen der Ansteuersignale notwendig sind, damit die Bragg-Zellen-Anordnung den Lichtstrahl auf die gewünschte Lichtleitfaser lenkt Diese Frequenzverhältnisse bleiben während des Betriebs konstant. Hat man mit der oben beschriebenen Regelung fur eine Ablenkrichtung ermittelt, um welche Beträge die Frequenzen der Ansteuersignale fur die Bragg-Zellen-Anordnung gegenüber dem Sollwert geändert werden mussen, damit der Lichtstrahl exakt auf die Mitte der zur Regelung vorgesehenen Lichtleitfaser oder Strahlungsdetektors trifft, dann reicht es aus, die Frequenzen fur die übrigen, d. h. die nicht zur Regelung dienenden Ansteuersignale entsprechend den bei der Herstellung ermittelten Frequenzverhältnissen zwischen den Ansteuersignalen und dem ermittelten Korrekturwert zu ändern. Sind, wie oben erwähnt, mehrere Lichtleitfasern/Strahlungsdetektoren vorgesehen, dann wird zur Regelung ein Mittelwert verwendet. x y During manufacture, it is determined which ratios between the frequencies of the control signals are necessary for the Bragg cell arrangement This directs the light beam onto the desired optical fiber remain constant during operation. Has one with the scheme described above for a deflection direction determines the amounts by which the frequencies of the control signals have to be changed for the Bragg cell arrangement with respect to the nominal value so the ray of light exactly to the center of the intended for regulation If optical fiber or radiation detector hits, then it is sufficient to determine the frequencies for the rest, d. H. the control signals not used for regulation accordingly the frequency ratios between the control signals determined during manufacture and to change the correction value determined. As mentioned above, are multiple optical fibers / radiation detectors provided, then a mean value is used for regulation.

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Claims (4)

Patentansprüche 1. Einrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahls mit einer Bragg-Zellen-Anordnung, die eine Ablenkung des Lichtstrahls in zwei Dimensionen ermöglicht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Lichtstrahl nach dem Durchlaufen der Bragg-Zellen-Anordnung (2, 3) einer Lichtleitfaseranordnung (5) zu'tjefuhrt wird, daß deren Lichtleitfasern (6) am eingangsseitigen Ende (E) moglichst dicht gebündelt und am ausgangsseitigen Ende (A) gefächert angeordnet sind, und daß die Bragg-Zellen-Anordnung so angesteuert (4) wird, daß der die Bragg-Zellen-Anordnung verlassende Lichtstrahl (9') auf das eingangsseitige Ende (8(E)) derjenigen Lichtleitfaser (8) gelenkt wird, deren ausgangsseitiges Ende (8(A)) in die Richtung zeigt, in die der Lichtstrahl abgelenkt werden soll. Claims 1. Device for deflecting a light beam with a Bragg cell arrangement that deflects the light beam in two dimensions enables the light beam to follow passing through the Bragg cell arrangement (2, 3) of an optical fiber arrangement (5) is supplied that their optical fibers (6) at the input end (E) Bundled as tightly as possible and fanned out at the outlet end (A) are, and that the Bragg cell arrangement is controlled (4) that the Bragg cell arrangement leaving light beam (9 ') on the input-side end (8 (E)) of that optical fiber (8) is steered, the output end (8 (A)) of which points in the direction in which the light beam is to be deflected. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgangsseitigen Enden der Lichtleitfasern (6) in einer angenähert halbkugel-oder paraboloidförmigen Fläche liegen.2. Device according to claim 1, characterized in that the output side Ends of the optical fibers (6) in an approximately hemispherical or paraboloidal shape Area. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgangsseitigen Enden der Lichtleitfasern in einer Ebene liegen.3. Device according to claim 1, characterized in that the output side Ends of the optical fibers lie in one plane. 4. Einrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Frequenzen (f f y) der Ansteuersignale fur die Bragg-Zellen-Anordnung, die zur Strahlablenkung in eine bestimmte Richtung erforderlich sind, mindestens ein Strahlungsdetektor oder eine Lichtleitfaser mit einem ihr nachgeschalteten Strahlungsdetektor vorgesehen ist, daß die Frequenzen der Ansteuersignale, die die Lichtstrahlablenkung so steuern, daß der Lichtstrahl, gegebenenfalls nach Durchlaufen der Lichtleitfaser, auf den gewünschten Strahlungsdetektor trifft, so geregelt werden, taß das Ausgangssignal des mindestens einen Strahlungsdetektors seinen Maximalwert einnimmt, und daß abhängig von diesem Korrekturwert die Frequenzen der restlichen Ansteuersignale entsprechend geändert werden.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that to regulate the frequencies (f f y) of the control signals for the Bragg cell arrangement, required to deflect the beam in a certain direction, at least a radiation detector or an optical fiber with a downstream radiation detector it is provided that the frequencies of the control signals that deflect the light beam control so that the light beam, if necessary after passing through the optical fiber, meets the desired radiation detector, so controlled, the output signal the at least one radiation detector assumes its maximum value, and that dependent from this correction value the frequencies of the remaining control signals accordingly be changed.
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