DE60216765T2

DE60216765T2 - Optisches ablenkmodul

Info

Publication number: DE60216765T2
Application number: DE60216765T
Authority: DE
Inventors: Serge Valette
Original assignee: Teem Photonics SA
Current assignee: Teem Photonics SA
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2022-03-02
Also published as: FR2821678B1; US20040130810A1; FR2821678A1; WO2002071126A1; EP1410092A1; ATE348348T1; US6900921B2; EP1410092B1; DE60216765D1

Description

1. Technisches Gebiet
Die Erfindung hat die Herstellung eines optischen Ablenkmoduls zum Gegenstand, das ermöglicht, ausgehend von einem anfänglichen Lichtstrahl eine große Anzahl einzelner, vorteilhafterweise abstandsgleicher, potentieller Winkelablenkpositionen zu erhalten, wobei Ablenkmittel verwendet werden, die einzeln nur eine begrenzte Anzahl von (beispielsweise 2, 3 oder 4) Ablenkpositionen aufweisen. Somit betrifft die Erfindung eine Gesamtheit von elementaren Ablenkmitteln, deren Kombination ermöglicht, die Anzahl von Positionen optischer Ablenkung im Vergleich zu der Anzahl von Ablenkpositionen, die jedes dieser Ablenkmittel zulässt, zu vergrößern.
Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf eine Gesamtheit von auftreffenden Lichtstrahlenbündeln ausweiten, die in einer beliebigen räumlichen Konfiguration (Reihen, Matrizen usw.) angeordnet sind.
Die Anwendungsgebiete sind zahlreich, insbesondere:

– Lenkung von durch Lichtleitfasern transportierten Informationen,
– Speicherung von Informationen,
– Oberflächeninspektion auf optischem Wege,
– Telemetrie,
– allgemeiner, alle Sektoren, die eine räumliche, insbesondere eine inkrementelle, Abtastung von Lichtstrahlenbündeln erfordern.

2. Stand der Technik
In der Optik sind verschiedene Arten, ein Lichtstrahlenbündel abzulenken, bekannt: Drehspiegel, akusto-optische Zellen, elektrisch adressierbare Beugungsgitter usw.
Alle diese Verfahren ermöglichen eine Ablenkung gemäß einer großen Anzahl möglicher Winkelpositionen.
Die Verwendung von Drehspiegeln ist eine der bekanntesten; sie setzt im Allgemeinen einen einzigen Spiegel ein, der eine große Anzahl von entweder inkre mentellen (Verwendung von Schrittmotoren) oder analogen (Verwendung von Drehmotoren) Winkelpositionen einnehmen kann.
Alle diese Verfahren sind bei dem herkömmlichen Zusammenbau, bei dem der Raumbedarf des Ablenksystems kein kritischer Parameter ist, zufrieden stellend.
Im Gegensatz dazu sind sie bei komplexen Architekturen, bei denen mehreren Lichtstrahlenbündeln Rechnung getragen werden muss und die die Verwendung von Mikrospiegeln erfordern, die meistens nach Fertigungsverfahren, die in den Mikrotechnologien eingesetzt werden, hergestellt sind, sehr schlecht geeignet.
Tatsächlich sind solche Mikrospiegel, die eine große Anzahl von stabilen Winkelpositionen aufweisen, sehr schwer herzustellen und müssen sehr komplexen elektronischen Regelungen zugeordnet sein, die sowohl hinsichtlich der Zuverlässigkeit als auch der Wirtschaftlichkeit nachteilig sind.
Andererseits ist es vom technologischen Gesichtspunkt viel einfacher, Mikrospiegel herzustellen, die nur eine begrenzte Anzahl von Winkelpositionen (2 oder 3 um eine gegebene Achse) einnehmen können, die dann stabilen und vorgegebenen mechanischen Positionen, die keine Regelung erfordern, entsprechen können.
In vielen Anwendungen bildet jedoch die begrenzte Anzahl erreichbarer Winkelpositionen, die mit diesen Mikrospiegeln erhalten werden kann, ein nachteiliges Hindernis.
Die Dokumente JP-A-2000 019434 und JP-A-01 102515 beschreiben optische Auswahlvorrichtungen für die Vermittlung mit Winkelablenkelementen.
EP-A-0873811 beschreibt eine Positionskorrekturvorrichtung für einen Laserschreiber mit Winkelablenkelementen und optischen Zuordnungselementen.
3. Prinzip der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeit zu überwinden, indem sie dank der Verwendung einer besonderen Architektur, die eine Kaskade solcher in Betracht gezogener Mikrospiegel oder, allgemein gesprochen, Winkelablenkele mente einsetzt, die Vervielfachung der Anzahl erreichbarer Winkelpositionen ermöglicht. Sie ist im Bereich der optischen Lenkung von besonderem Vorteil.
Die Erfindung betrifft somit ein Modul, das ermöglicht, ausgehend von einem Lichtstrahl eine große Anzahl einzelner, vorteilhafterweise abstandsgleicher Winkelablenkpositionen zu erhalten, indem Ablenkmittel verwendet werden, die einzeln nur das Erhalten einer begrenzten Anzahl solcher Ablenkpositionen ermöglichen.
Die Erfindung verwendet dazu eine Kaskadenschaltung von Ablenkelementen, die geeigneten optischen Zuordnungselementen zwischen aufeinander folgenden Ablenkelementen der Kaskade zugeordnet sind. Dieses Grundprinzip der Erfindung kann in Abhängigkeit von Funktionsweisen der eingesetzten Ablenkelemente und vor allem im Fall von Ablenkelementen des Typs "Mikrospiegel" verschiedenen Architekturen entsprechend abgewandelt sein.
Insbesondere schlägt die Erfindung ein optisches Ablenkmodul vor, das so beschaffen ist, dass es mehrere Winkelpositionen für wenigstens ein auftreffendes Lichtstrahlenbündel erzeugt, wobei dieses Modul für jedes Lichtstrahlenbündel eine Leitung aufweist, wobei diese Leitung umfasst:

– eine Mehrzahl von N Ablenkelementen (MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N), die in Kaskade angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelablenkkonfigurationen um wenigstens eine gegebene Achse annehmen können, und
– eine Mehrzahl von N – 1 optischen Zuordnungselementen (MCO₁, MCO₂, ..., MCO_I, ..., MCO_N-1), die jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Ablenkelementen angeordnet sind, derart, dass zwischen diesen aufeinander folgenden Ablenkelementen eine Objekt-Bild-Zuordnung verwirklicht wird.

Es sei betont, dass die Erfindung somit das Verwenden von nur einfachen Ablenkelementen in relativ begrenzter Anzahl vorschlägt, und zwar insofern, als jedes an der Behandlung eines durch das vorhergehende abgelenkten Strahlenbündels beteiligt ist. Trotz der im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen erhöhten Anzahl von Ablenkelementen sollte erkannt werden, dass nicht nur ihre Konstruktion, sondern auch ihre Steuerung vereinfacht ist. In dem Sonderfall, in dem diese Elemente nur zwei Positionen aufweisen, kann die Positionssteuerung somit durch das einfache Datum mit dem Wert eines Bits (0 für die eine der Positionen und 1 für die andere) erfolgen. Zudem ermöglicht dies die Wahl von Anschlagpositionen, wobei durch Anschläge vorgegebene und festgelegte Positionen eine komplexe elektronische Regelung überflüssig machen.
Gemäß bevorzugten, eventuell kombinierten Ausführungsformen der Erfindung:

– weist das Modul, das so beschaffen ist, dass es mehrere Winkelpositionen für eine Mehrzahl von auftreffenden Lichtstrahlenbündeln erzeugt, eine Leitung für jedes Lichtstrahlenbündel auf, wobei die Ablenkelemente und die optischen Zuordnungselemente jeder Leitung mit homologen Elementen anderer Leitungen innerhalb von Gesamtheiten, die durch Reihen oder durch Matrizen gebildet sind, zusammengefasst sind. Es handelt sich um herkömmliche Konfigurationen, die leicht herzustellen und zu handhaben sind. Diese Gesamtheiten fassen somit die Elemente gleicher Art und mit gleichem Index zusammen.
– haben die innerhalb jeder Gesamtheit zusammengefassten Ablenkelemente jeweils eine Anzahl P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N von einzelnen Winkelablenkkonfigurationen, die gleich sind. Die Gesamtheit hat somit eine modulare Struktur mit leicht zu ersetzenden Elementen.
– haben die Ablenkelemente (MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N), die in Kaskade angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelablenkkonfigurationen annehmen können, einzige und parallele gegebene Achsen. Die Montage dieser Elemente wird dadurch erleichtert, und die somit mögliche Kombination von Ablenkungen entspricht einem leicht zu steuernden Muster.
– haben die Ablenkelemente (MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N), die in Kaskade angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelablenkkonfigurationen annehmen können, einzige gegebene Achsen, die zu der einen oder der anderen von zwei Referenzachsen (OX, OY) parallel sind. Hier trifft trotz einer etwas geringeren Einfachheit in der Steuerung der von den aufeinander folgenden Ablenkelementen hervorgerufenen Ablenkungen der gleiche Kommentar wie im vorhergehenden Absatz zu.
– haben die Ablenkelemente (MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N), die in Kaskade angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelablenkkonfigurationen annehmen können, jeweils zwei gegebene Achsen, die zu zwei Referenz achsen (OX, OY) parallel sind. Die Elemente bleiben in der Konzeption einfach, werden jedoch den Kommentaren der vorhergehenden Absätze gerecht.
– sind die einzelnen Winkelablenkkonfigurationen um die gegebenen Achsen gleich beabstandet. Dies entspricht wohlgemerkt einer geometrischen Konfiguration, die besonders leicht zu steuern ist.

Ein interessanter Sonderfall ist der, in dem die in Kaskade angeordneten Ablenkelemente MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N Elemente (10, 11, 12, 13, ...) sind, die jeweils durch Kippen um wenigstens die gegebene Achse P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelpositionskonfigurationen annehmen können, die ermöglichen, eine äquivalente Anzahl von einzelnen Winkelablenkungen PD₁, PD₂, ..., PD_I, ..., PD_N zu erzeugen, die jeweils in Winkelrichtung durch Werte δθ₁, δθ₁, ..., δθ_N um wenigstens eine Familie von Drehachsen OX₁, OX₂, ..., OX_I, ..., OX_N getrennt sind. Die Ablenkelemente des Typs "Spiegel" mit einer kleinen Anzahl von Positionen sind selbst in kleinen Größen, insbesondere dann, wenn nur zwei Positionen (die demnach Anschlagpositionen sein können) oder auch drei Positionen (zwei Grenzpositionen beiderseits einer Referenzposition) vorgesehen sind, besonders einfach zu verwirklichen. Es sei angemerkt, dass diese zwei oder drei Positionen gemäß einer einzigen Kippachse definiert sind und dass somit durch Vorsehen mehrerer Kippachsen die Gesamtzahl möglicher Positionen vervielfacht wird.
Gemäß bevorzugten, vorteilhafterweise kombinierten Ausführungsformen:

– haben die Drehachsenfamilien eine gemeinsame Richtung. Dies entspricht einem besonders einfachen Fall.
– sind die Gesamtwinkeländerungen bzw. Gesamtwinkelauslenkungen jedes der Ablenkelemente gleich. Die Elemente können demnach gleich sein.
– sind die Vergrößerungen G_I,I+1, die die paarweise Zuordnung verschiedener aufeinander folgender Ablenkelemente MD_I und MD_I+1 ermöglichen, gegeben durch: GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1),was zu abstandsgleichen Winkelpositionen führt (das Zeichen * bezeichnet eine Multiplikation).
– weisen die Ablenkelemente (10, 11, 12, 13, ...) jeweils zwei einzelne Winkelpositionen, die um einen Winkel δθ_X um parallele Achsen mit einer gemeinsamen Richtung OX getrennt sind, und zwei einzelne Winkelpositionen, die um einen Winkel δθ_Y um parallele Achsen mit einer gemeinsamen Richtung OY getrennt sind, auf, derart, dass die Vergrößerungen G_I,I+1 der verschiedenen optischen Zuordnungselemente alle gleich 2 sind, wobei der Winkel δθ_Y vorteilhafterweise gleich δθ_X ist und die Achse OY vorzugsweise zu OX senkrecht ist. Es handelt sich um eine sehr einfache Konfiguration.
– sind die Ablenkelemente orientierbare Spiegel; gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind sie nach zwei Winkelpositionen um jede Kippachse orientierbar, wobei die Vergrößerung G_I,I+1 gleich 2 ist.
– ist das Modul durch die Reihenanordnung von zwei aufeinander folgenden Kaskaden gekennzeichnet, deren verschiedene Ablenkelemente nur Winkelpositionen P₁, P₂, ..., P_I, ..., P_N längs einer einzigen gemeinsamen Richtung annehmen können, wobei die einzige gemeinsame Richtung der Drehachsen jedes der Ablenkelemente der ersten Kaskade senkrecht zu der gemeinsamen Richtung der Drehachsen jedes der Ablenkelemente der zweiten Kaskade gewählt ist. Dadurch kann eine Matrix von Winkelablenkpositionen erhalten werden.
– ist die Anzahl einzelner Winkelpositionen P₁, P₂, ..., P_I, ..., P_N, die von den verschiedenen Elementen der Ablenkmittel MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N um die verschiedenen Drehachsen mit gemeinsamer Richtung OX₁, OX₂, ..., OX_I, ..., OX_N angenommen werden können, gleich 2 oder 3, wobei die Vergrößerungen G_I,I+1 dann die folgenden verschiedenen Werte annehmen können: GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 2 für PI = 2 und PI+1 = 2 GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 3 für PI = 3 und PI+1 = 3 GI,i+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 4 für PI = 2 und PI+1 = 3 GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 3/2 für PI = 3 und PI+1 = 2

Wie bereits angegeben worden ist, ist der Fall, in dem diese Anzahl gleich 2 ist, besonders leicht, durch ein einfaches Bit jedes Mal, zu steuern.

– sind die Ablenkelemente aus orientierbaren Mikrospiegeln gebildet, die in gemeinsamen Fertigungsverfahren, die in den Mikrotechnologien eingesetzt werden, hergestellt werden, und/oder umfassen die optischen Zuordnungselemente, die zwei aufeinander folgenden Ablenkmitteln zugeordnet sind, jeweils wenigstens eine Linse; vorzugsweise hat jedes Zuordnungselement, das zwei aufeinander folgenden Ablenkelementen zugeordnet ist, wenigstens zwei Linsen in einer Konfiguration mit gleichen Brennpunkten, bei denen das Verhältnis der Brennweiten gleich der gesuchten Vergrößerung zwischen den zwei Ablenkelementen ist.

Unabhängig von den Details der Elemente, wird bevorzugt, dass:

– die eingesetzten Ablenkelemente in Bezug auf die optische Achse global um einen Winkel φ, der gleich 45° gewählt ist, geneigt sind;
– die Ablenkmittel und die optischen Zuordnungsmittel in Reihen oder Matrizen gruppiert und in Bezug auf die allgemeine optische Achse der Vorrichtung global um denselben Winkel φ geneigt sind, wobei jedoch jede der optischen Achsen der verschiedenen Elemente (20, 21, 22, 23, ...), die die Zuordnungsmittel bilden, zu dieser allgemeinen optischen Achse parallel bleibt, womit die Aberrationen, die durch diese verschiedenen Elemente an den verschiedenen eingebrachten abgelenkten Strahlenbündel eingeführt werden, minimiert werden.
– die Ablenkpositionen jedes der Ablenkelemente durch Steuermittel gesteuert werden, die Folgendes verwenden: räumliche Trennelemente, die ermöglichen, einen Teil der Lichtleistung der Signallichtstrahlenbündel, die durch die verschiedenen Ablenkmittel abgelenkt werden, abzugreifen, optische Projektionselemente, die ermöglichen, die verschiedenen Winkelablenkpositionen eindeutig in ebenso viele räumliche Positionen zu transformieren, wobei diese optischen Bilderzeugungsmittel in Konfigurationen gruppiert sind, die mit jenen der Ablenkmittel übereinstimmen, Erfassungselemente für die auf diese Weise gebildeten räumlichen Positionen, die eine Anzahl von Punkten haben, die wenigstens gleich der Gesamtzahl von Winkelpositionen ist, die auf der betrachteten Ebene der Steuerstufe erzeugt werden, wobei die Konfiguration von Punkten des Photodetektors homothetisch zu jener der zu steuernden Gesamtheit von Winkelablenkpositionen ist.
– die optischen Projektionsmittel Bildvergrößerungsmitteln zugeordnet sind.
– die Erfassungsmittel Reihen oder Matrizen aus CMOS-Photodetektoren sind.
– die Steuermittel für die Winkelablenkpositionen sekundäre Lichtstrahlenbündel mit einer Wellenlänge verwenden, die vorzugsweise von jener der Signallichtstrahlenbündel verschieden ist, die diesen Letzteren mit Hilfe von dichroitischen Plättchen überlagert werden.

Ebenfalls vorzugsweise umfasst das optische Modul außerdem ein zusätzliches Zuordnungselement, das hinter dem ersten Ablenkelement angeordnet ist.
Das zusätzliche Zuordnungselement ermöglicht das Einstellen des Wertes der Winkelabstände zwischen den abgelenkten Strahlenbündeln. Vorteilhafterweise umfasst dieses Element zwei Linsen, die in einer Konfiguration mit gleichen Brennpunkten angeordnet sind.
4. Liste der Figuren
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die als veranschaulichendes, nicht einschränkendes Beispiel gegeben wird, in Gegenüberstellung zu der beigefügten Zeichnung, worin:
1a das Prinzip eines erfindungsgemäßen optischen Ablenkmoduls mit einer einzigen Leitung, das eine Kaskade von elementaren optischen Ablenkelementen einsetzt, zeigt,
1b das Prinzip eines erfindungsgemäßen optischen Ablenkmoduls mit mehreren Leitungen, das eine Kaskade von Gruppen von optischen Ablenkelementen einsetzt, zeigt,
2 ein Schema eines optischen Ablenkmoduls nach 1a ist, bei dem die einzelnen optischen Ablenkelemente vom Typ "Spiegel" sind,
3a ein Ausführungsschema eines optischen Ablenkmoduls ist, das eine Kaskade von 2 Ablenkmitteln mit 4 Elementen des Typs "Spiegel" (Neigungswinkel φ = 45°) für 4 auftreffende Strahlenbündel einsetzt,
3b ein Ausführungsschema eines ähnlichen Moduls, jedoch mit einer Kaskade von 3 Ablenkmitteln mit 4 Elementen des Typs "Spiegel" (Neigungswinkel φ = 45°) ist,
3c ein Ausführungsschema eines nochmals weiteren ähnlichen Moduls, jedoch mit einer Kaskade von 4 Ablenkmitteln mit 4 Elementen des Typs "Spiegel" (Neigungswinkel φ = 45°) ist,
4a ein Prinzipschema ist, das die Winkelablenkpositionen für einen Spiegel mit 2 Drehpositionen um eine einzige Achse OX zeigt,
4b ein Prinzipschema ist, das die Winkelablenkpositionen für einen Spiegel mit 2 Drehpositionen um eine Achse OX und mit 2 Drehpositionen um eine Achse OY zeigt,
5 ein Schema ist, das die Veränderung der Anzahl von Winkelpositionen vor (links) und nach (rechts) dem Durchgang durch jeweils eine Kaskade von 5 Ablenkmitteln mit Einzelspiegel mit einer Achse, die 2 Winkelposition um diese einzige Achse OX einnehmen können, zeigt,
6 ein analoges Schema ist, das die Veränderung der Anzahl von Winkelpositionen vor (links) und nach (rechts) dem Durchgang durch jeweils eine Kaskade von 4 Ablenkmitteln mit Einzelspiegeln mit 2 orthogonalen Achsen OX und OY, die 2 Winkelpositionen um jede dieser Achsen einnehmen können, zeigt,
7 ein Prinzipschema einer doppelten Kaskade von einachsigen Spiegeln ist, die ermöglichen, Ablenkmuster zu erhalten, die zu jenen einer Kaskade von zweiachsigen Spiegeln gleichwertig sind,
8 ein Schema ist, das zu jenen der 5 und 6 analog ist und die Veränderung der Anzahl von Winkelpositionen vor (unter den mit "Einfall" markierten Blöcken) und nach (unter den mit "Reflexion" markierten Blöcken) dem Durchgang durch jedes der Ablenkmittel von 7 mit Einzelspiegeln, die 2 Winkelpositionen um eine einzige Achse einnehmen können, zeigt,
9 ein Modul zeigt, das eine Kaskade von Ablenkmitteln verwendet, die um einen beliebigen Winkel φ in Bezug auf eine zur optischen Achse des Systems senkrechten Ebene geneigt sind,
10a das Modul von 9 zeigt, das durch Steuermittel für die Winkelpositionen vervollständigt ist, die einen teilweisen Abgriff der Lichtleistung von abgelenkten Strahlenbündeln verwenden,
10b das Modul von 9 zeigt, das durch Steuermittel für die Winkelpositionen vervollständigt ist, die einen teilweisen Abgriff der Lichtleistung von sekundären Lichtstrahlenbündeln verwenden, und
11 ein Prinzipschema von zwei Ablenkelementen zeigt, die durch zwei Linsen mit gleichen Brennpunkten einander zugeordnet werden.
5. Genaue Beschreibung der Erfindung
1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung, das die einmalige Ablenkung eines auftreffenden Lichtstrahlenbündels 1 durch eine Kaskade von N (hier gleich 4) elementaren Ablenkmitteln, die MD_I (der Index I bezeichnet die Elementnummer in der Kaskade) genannt werden und in 2 mit den Bezugszeichen 10, 11, 12 und 13 bezeichnet sind, einsetzt. Der Einfachheit halber und ohne die Allgemeingültigkeit der vorgeschlagenen Architektur in Frage zu stellen, liefern die in 1a dargestellten Ablenkmittel jeweils 2 Winkelablenkpositionen, die sich in einer einzigen Ablenkebene (Ablenkung nach oben oder nach unten in der Ebene der Figur) befinden. Im Allgemeinen haben die Ablenkmittel eines erfindungsgemäßen Moduls einzeln eine kleine Anzahl möglicher Positionen; mindestens 2 oder gar 3 oder 4; in der Praxis hängt diese "kleine Anzahl" von Positionen von der angewandten Technologie ab.
Optische Zuordnungsmittel, die MCO_I (in der Anzahl von 3 in 1a, was bedeutet, dass ihre Anzahl um 1 kleiner als die Anzahl von Ablenkmitteln ist) genannt werden und in 2 mit den Bezugszeichen 20, 21 und 23 bezeichnet sind, stellen eine geeignete Objekt-Bild-Zuordnung zwischen zwei aufeinander folgenden Ablenkmitteln bei geeigneten Vergrößerungen G₁₂, G₂₃ und G₃₄ sicher (wobei die Vergrößerungen G_I,I+1 zwischen den Ablenkmitteln I und I + 1 hier gleich 2 sind, wie im Zuge der Beschreibung empfohlen wird). 1A zeigt deutlich die Vervielfachung der Anzahl potentiell abgelenkter Strahlenbündel 2, 3, 4 und 5 am Ausgang von jedem der Ablenkmittel.
1b zeigt das Grundprinzip der Erfindung im Fall einer beliebigen Anzahl K auftreffender Strahlenbündel 1 (K ist hier gleich 16) bei Verwendung von in Kaskade angeordneten Ablenkmitteln (in der Anzahl von 4 in der Figur), die in 4 Reihen 30, 31, 32, 33 von K Ablenkelementen angeordnet sind, und optischen Zuordnungsmitteln, die in 3 Reihen 40, 41, 42 von K Zuordnungselementen angeordnet sind. Diese erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht, ausgehend von jedem der auftreffenden K Strahlenbündel 1, das Erzeugen von K Familien abgelenkter Strahlenbündel 2, 3, 4, 5, deren wachsende Anzahl möglicher Winkelablenkpositionen ausgangs jeder Stufe der Kaskade in 1b durch die zunehmende Linienbreite für jede der K Familien abgelenkter Lichtstrahlenbündel sichtbar gemacht ist. Wenn die Gesamtheit von Elementen, die nacheinander auf ein Strahlenbündel einwirken, "Leitung" (nicht notwendigerweise geradlinig) genannt wird, fassen diese Reihen homologe Elemente, d. h. Elemente gleicher Art und mit gleichem Index, auf diesen Leitungen zusammen. Im Folgenden bezeichnen die oben erwähnten Bezugszeichen die Elemente, wenn nur eine einzige Leitung vorhanden ist, oder alle Elemente gleicher Art und mit gleichem Index, wenn mehrere Leitungen vorhanden sind.
Aus Gründen der einfacheren Darstellung zeigen die 1a und 1b Konfigurationen auftreffender und abgelenkter Lichtstrahlenbündel, die sich in der Ebene der Figur befinden. In einer nicht gezeigten Variante können die Reihen von 1b so orientiert sein, dass sie Ablenkungen in einer Ebene hervorrufen, die zu der Ebene der Figur senkrecht ist. Die Erfindung lässt sich auch unter bestimmten Bedingungen auf Ablenkmittel ausweiten, die das Erzeugen in verschiedenen beliebigen Ablenkorientierungen abgelenkter Strahlenbündel ermöglichen. Sie lässt sich auch, wie bereits angedeutet worden ist, auf Konfigurationen auftreffender Strahlenbündel 1, die in Matrizen angeordnet sind, ausweiten, wobei die Ablenkmittel und die optischen Zuordnungsmittel dann ebenfalls aus Elementen zusammengesetzt sind, die in Matrizen mit der gleichen geometrischen Konfiguration angeordnet sind.
Das Prinzip der Erfindung kann mit verschiedenen Ablenkmitteln genutzt werden, obwohl diese Ablenkmittel im Folgenden als solche vom Typ "Spiegel" beschrieben werden, wobei diese Spiegel einzelne Spiegel oder aus in Reihen oder Matrizen angeordneten Spiegelelemente zusammengesetzte Spiegel sind.
So gibt 2 ein Ausführungsbeispiel des Schemas von 1a an, das ein einziges auftreffendes Lichtstrahlenbündel mit einer Kaskade von Ablenkmitteln 10, 11, 12, und 13 des Typs "Mikrospiegel" (M₁, M₂, M₃, M₄), die 2 mögliche Winkelpositionen mit einer Winkelauslenkung Δθ aufweisen (diese Positionen sind durch unterbrochene Linien beiderseits der Mittelposition eines jeden Mikrospiegels angedeutet, wobei diese Mittelposition hier folglich keine der möglichen Positionen ist), und optischen Zuordnungsmitteln 20, 21, 22 des Typs "Mikrolinsen", die die gewünschten Objekt-Bild-Zuordnungen zwischen den aufeinander folgenden Spiegeln mit angemessenen Vergrößerungen (in diesem besonderen Fall: gleich 2) sicherstellen, einsetzt. Die Neigung φ der Mikrospiegel in Bezug auf die lokale Richtung des optischen Weges des Strahlenbündels (folglich in Bezug auf Ebenen, die zu den auftreffenden mittleren Lichtstrahlenbündeln des Systems senkrecht sind) ist hier durch Vereinfachung der Zeichnung gleich 45° gewählt. Die mittleren Lichtstrahlenbündel sind durch die verschiedenen Richtungen, die von dem auftreffenden Lichtstrahlenbündel im Verlauf aufeinander folgender Reflexionen eingeschlagen werden, wenn die verschiedenen Spiegel in der mittleren Position, die in dieser 2 durch Volllinien angedeutet ist, orientiert sind, definiert (für das in einer Linie ausgerichtete optische System von 1a gilt folglich φ = 0).
Es ist wohlgemerkt möglich, diesem Winkel φ einen beliebigen Wert zwischen 0° und 90° zu geben, der anhand von Raumbedarfs- und Einfachheitskriterien, die von dem Konstrukteur für die Herstellung des optischen Ablenkmoduls festgelegt werden, gewählt wird.
Im Übrigen ist die vorliegende Beschreibung im Wesentlichen für den praktisch einfach zu nutzenden Fall gegeben, in dem die Ablenkmittel dieselbe begrenzte Anzahl von Winkelpositionen P₁, P₂, P₃, ..., P_I, ..., P_N um eine gegebene Drehachse haben (und folglich, ausgehend von einem auftreffenden Lichtstrahlenbündel, jeweils eine gleiche Anzahl von Winkelablenkpositionen erzeugen) und in dem die Winkelauslenkungen Δθ₁, Δθ₂, ..., Δθ_I, ... Δθ_N gleich (gleich Δθ) sind. In diesem Fall ist die Vergrößerung der Mikrolinsen zwischen zwei aufeinander folgenden Ablenkmitteln gleich der Anzahl von Positionen P_I; diese Vergrößerung ist somit 2, wenn alle einzelnen Ablenkelemente 2 Positionen haben, 3, wenn die einzelnen Ablenkelemente 3 Positionen haben und so weiter.
Jedoch muss die Anzahl von Positionen nicht bei allen einzelnen Ablenkelementen gleich sein. In diesem Fall (unter der Annahme, dass dennoch die Abstandsgleichheit zwischen den verschiedenen möglichen Winkelpositionen beibehalten werden soll) ist es möglich, aufzuzeigen, dass der Wert der Vergrößerungen G_I,I+1, die durch jedes der Elemente der optischen Zuordnungsmittel MCO_I eingebracht werden und erforderlich sind, um ausgangs jedes dieser Spiegelelemente nicht redundante und abstandsgleiche Winkelablenkpositionen zu erhalten, gegeben ist durch: GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1)
In 2 ist die Anzahl von Winkelpositionen P₁, P₂, P₃, ..., P_I, ..., die durch jeden Spiegel eingenommen werden, gleich 2; die mit 20, 21, 22 bezeichneten optischen Zuordnungsmittel MCOI haben folglich Vergrößerungen, die ebenfalls gleich 2 sind. Eine Variante wird im Zusammenhang mit 11 dargelegt.
Die 3a, 3b und 3c geben verschiedene mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung für den Fall von 4 auftreffenden Strahlenbündeln 1 bei wachsender Anzahl von mit den Bezugszeichen 10, 11, 12, 13 bezeichneten Ablenkmitteln MD₁, MD₂, MD₃, MD₄ an. Diese Anzahl ist gleich 2 (3a), 3 (3b) bzw. 4 (3c). Die mit den Bezugszeichen 20, 21 und 22 bezeichneten optischen Zuordnungsmittel MCO₁, MCO₂, MCO₃ in der Anzahl von 1, 2 bzw. 3 in den Figuren sind wohlgemerkt ebenfalls jeweils aus 4 Elementen zusammengesetzt; sie sind hier vom Typ "Mikrolinsen".
Diese 3a, 3b und 3c geben mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung in Konfigurationen mit gefalteten Strukturen, bei denen der Winkel φ ebenfalls gleich 45° genommen ist; die Ablenkmittel sind aus Reihen von 4 Mikrospiegeln zusammengesetzt, während die Zuordnungselemente Reihen von Mikrolinsen sind.
In diesen 3a, 3b und 3c ist die wachsende Vervielfachung der Winkelablenkpositionen der verschiedenen abgelenkten Strahlenbündel 2, 3, 4, 5, ..., genommen am Ausgang der verschiedenen Ablenkmittel MD₁, MD₂, MD₃, MD₄, durch eine wachsende Breite der Dicke der Linien, die diese verschiedenen, ausgehend von anfänglichen Strahlenbündeln 1 abgelenkten Strahlenbündel repräsentieren, angedeutet.
Die Zuordnungsmittel 20, 21, 22 sind in Positionen gezeigt, die wie bei den 1 und 2 Vergrößerungen G_I,I+1 gleich 2 entsprechen (dieser Wert von G_I,I+1 ist jener, der dem Fall von Spiegeln entspricht, die um 2 Winkelpositionen oszillieren (siehe oben angegebene allgemeine Formel)).
Die geometrische Position der verschiedenen Elemente, die die Zuordnungsmittel bilden, berücksichtigen die mittlere Neigung φ, um Objekt-Bild-Zuordnungen zu bewahren, die für jede der verschiedenen aufgebotenen Familien abgelenkter Strahlenbündel gleich sind; dazu müssen die Zentren der die Zuordnungsmittel bildenden Elemente (deren Anzahl in den 3a, 3b und 3c 4 ist) auf Geraden ausgerichtet sein, die um einen Winkel φ (45° in den Figuren) in Bezug auf die optische Achse des Systems geneigt sind; die optischen Achsen aller dieser Elemente bleiben, wie in den Figuren gezeigt ist, vorzugsweise parallel zu dieser optischen Achse, um die durch diese Elemente eingeführten Aberrationen zu minimieren.
Die folgenden Figuren ermöglichen das ausführlichere Untersuchen verschiedener besonders interessanter Fälle der Erfindung, die Mikrospiegel verschiedener Typen einsetzen und einige Beispiele von Konfigurationen von Winkelablenkpositionen, die erhalten werden können, angeben.
So geben die 4a und 4b eine einfache geometrische Konstruktion an, die erfassbar macht, wie ein auftreffendes Strahlenbündel 1 durch einen Drehspiegel, der zwei Drehpositionen um eine einzige Drehachse OX annehmen kann (4a), und durch einen Drehspiegel, der zwei Drehpositionen um zwei orthogonale Drehachsen OX und OY annehmen kann (4b), reflektiert wird. Diese 4 können selbstverständlich auf Konfigurationen von Spiegeln, die eine beliebige Anzahl von Winkelpositionen um beliebige Drehachsen, die orthogonal sein können oder nicht, einnehmen können.
5 verwendet die Konstruktion von 4, um die Veränderung der Winkelablenkpositionen eines Lichtstrahlenbündels zu zeigen, das im Verlauf verschiedener Reflexionen auf in Kaskade angeordnete Ablenkmittel des Typs "Spiegel" (in der Anzahl von 5 in diesem Beispiel, M1 bis M5), die zwei Drehpositionen um eine Achse OX einnehmen können, auftrifft. Jede Ebene zeigt die Ablenkpositionen unmittelbar vor und nach dem betrachteten Ablenkmittel. In diesem Sonderfall und durch Wahl von optischen Zuordnungsmitteln, die mit Vergrößerungen G_I,I+1 gleich 2 arbeiten (siehe oben), werden ausgangs der verschiedenen Spiegel 2, 4, 8, 16 und 32 Winkelablenkpositionen erhalten, die in einer Linie ausgerichtet sind.
6 verwendet denselben Formalismus und zeigt die Veränderung der Winkelablenkpositionen eines Lichtstrahlenbündels, das im Verlauf verschiedener Reflexionen auf in Kaskade angeordnete Ablenkmittel des Typs "Spiegel" (Kaskade von 4 Spiegeln in diesem Beispiel, M1 bis M4), die jeweils zwei Drehpositionen um zwei orthogonale Drehachsen OX und OY einnehmen können, auftrifft. In diesem Sonderfall und wiederum durch Wahl von optischen Zuordnungsmitteln, die mit Vergrößerungen G_I,I+1 gleich 2 arbeiten, werden ausgangs der verschiedenen Spiegel 4, 16, 64 und 256 Winkelablenkpositionen erhalten, die (auf Grund der Orthogonalität der Achsen und der bezüglich jeder der Achsen gleichen Winkelauslenkungswerte) in einer quadratischen Matrix angeordnet sind.
Diese Figuren betreffend können einige zusätzliche Kommentare angebracht werden.
5.1. Kaskade von Spiegeln, die um eine gemeinsame Achse OX oszillieren
Dies ist bei 2 mit einer Kaskade von Ablenkmitteln des Typs "Spiegel", die aus Spiegelelementen 10, 11, 12, 13, ... zusammengesetzt sind, die um Achsen OX₁, OX₂, OX₃, ..., OX_I, ..., OX_L oszillieren, die zu einer zu der Ebene der Figur senkrechten gemeinsamen Achse parallel sind, der Fall.
Das auftreffende Strahlenbündel 1 wird durch die Spiegelelemente 10 in P₁ abstandsgleiche Winkelablenkpositionen abgelenkt (P₁ = 2 in 2), die im Winkel um den Wert δα₁ (δα₁ = 2·Δθ₁/(P₁ – 1) = 2·Δθ/(P₁ – 1) = 2·Δθ in dem besonderen Fall von 2) getrennt sind und sich in einer zu OX senkrechten Ebene befinden. Diese durch die Spiegelelemente 10 abgelenkten P₁ Strahlenbündel 2 werden durch die Elemente 20 der Zuordnungsmittel MCO₁ einander zugeordnet und mit der Vergrößerung G_1,2 auf die Spiegelelemente 11 des zweiten Ablenkmittels MD₂, die P₂ Winkelpositionen einnehmen können, abgebildet, derart, dass: G1,2 = P1·(P2 – 1)/(P1 – 1)
Jedes durch die Spiegelelemente 10 potentiell abgelenkte Strahlenbündel ("potentiell", weil die Spiegel nur eine Position auf einmal einnehmen) kann dann durch die Spiegelelemente 11 in P₂ Positionen abgelenkt werden.
Die Spiegelelemente 11 liefern folglich auf Grund des gewählten Wertes der Vergrößerung G_1,2 und auf Grund dessen, dass sie sich in derselben zu OX senkrechten Ebene befinden, potentiell P₁·P₂ im Winkel abstandsgleiche abgelenkte Lichtstrahlenbündel.
Diese Ablenkpositionen sind alle verschieden, wobei das Schema von 2 deutlich zeigt, dass die optischen Zuordnungsmittel zwischen den Paaren aufeinander folgenden Spiegeln der Kaskade zwei Hautfunktionen besitzen:

– Gewährleisten der Bilderzeugungsfunktion, die für die Kaskadierbarkeit des Systems erforderlich ist (diese Funktion ist unabhängig von den gewählten Vergrößerungen G_I,I+1 gewährleistet)
– Gewährleisten der Einmaligkeit und der Abstandsgleichheit der verschiedenen Winkelablenkpositionen dank der bestimmten Wahl der Vergrößerungen G_I,I+1

Genauso ergeben die Spiegelelemente 12 des dritten Ablenkmittels M₃:
P₁·P₂·P₃ potentielle, im Winkel abstandsgleiche abgelenkte Lichtstrahlenbündel und so weiter; die Spiegelelemente der I-ten Ablenkmittel MI ergeben P₁·P₂·P₃·...·P_I = P_TI Potentielle, im Winkel abstandsgleiche abgelenkte Lichtstrahlenbündel, während die Elemente der letzten Ablenkmittel MN der Kaskade P₁·P₂·P₃·...P_I·...·P_N = P_TN Potentielle abgelenkte Strahlenbündel ergeben, die sich in derselben zu OX senkrechten Ebene befinden und im Winkel abstandsgleich sind, sofern die verschiedenen Vergrößerungen G_I,I+1, die in der Objekt-Bild-Zuordnung zwischen den Spiegelelementen aufeinander folgender Ablenkmittel M_I und M_I+1 eingesetzt werden, gleich dem oben angegebenen Wert sind: GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1)
Der Winkelabstand δα_N zwischen den verschiedenen Winkelpositionen ausgangs der Spiegelelemente des Ablenkmittels M_N ist gegeben durch (wobei das Zeichen Π das Produkt der Werte des betrachteten Ausdrucks für die verschiedenen Werte des Indexes dieses Ausdrucks bezeichnet): δαN = δα1/Π1→N-1(GI,I+1) = δα1·Π1→N-1((P1 – 1)/PI)·(PI+1 – 1)),während die Gesamtwinkelauslenkung gegeben ist durch: ΔαN = ((Π1→N PI) – 1)·δαN
Ein interessanter Sonderfall ist der, in dem die Anzahl von Winkelpositionen P₁, P₂, P₃, ..., P_I, ..., P_N für jeden der eingesetzten Mikrospiegel die gleiche und gleich P ist. In diesem Fall gilt: GI,I+1 = P = konstant. wobei die Anzahl von Winkelpositionen ausgangs der Elemente des N-ten Ablenkmittels P^N ist, der Winkelabstand δα_N zwischen den verschiedenen Winkelpositionen gegeben ist durch: δαN = δα1/PN-1 = 2·Δθ/(PN-1·(P – 1)),wobei die Gesamtwinkelauslenkung Δα_N gegeben ist durch: ΔαN = (PN – 1)·δαN = 2·Δθ·(PN – 1)/(PN-1·(P – 1)), was ergibt: ΔαN = 2·Δθ·P/(P – 1) – 2·Δθ/(PN-1·(P – 1)),ein Wert, der nach 2·Δθ·P/(P – 1) strebt, wenn N groß wird.
Zum besseren Verständnis der Veränderung eines durch eine Spiegelkaskade einfallenden bzw. auftreffenden Strahls ist es sinnvoll, die in 4a angegebene geometrische Konstruktion zu verwenden, die zeigt, wie ein auftreffendes Lichtstrahlenbündel 1 in zwei Strahlenbündel 2, die durch eine Reflexion an einem Spiegel abgelenkt werden, der zwei (durch gestrichelte Linien repräsentierte) Positionen um eine Drehachse OX einnehmen kann, transformiert wird (der Fall eines Spiegels mit zwei mal zwei Positionen um zwei orthogonale Drehachsen OX und OY (4b) wird später kommentiert).
Durch Betrachtung der Schnittpunkte der einfallenden Strahlenbündel, die durch Ebenen, die zu der Achse des optischen Systems senkrecht sind und sich beiderseits des Spiegels in gleichem Abstand von diesem befinden, reflektiert werden, kann die Veränderung der Lichtstrahlen im Verlauf der verschiedenen Reflexionen an den Spiegeln der Kaskade in einfacher Weise sichtbar gemacht werden. In dieser Darstellung kann das Bild oder Muster der Ablenkpositionen (Spur der an der Ebene P'' abgelenkten Strahlenbündel) durch Symmetrie bezüglich der verschiedenen Drehachsen von dem Bild der Auftreffpositionen (Spur der auf die Ebene P' auftreffenden Strahlenbündel) abgeleitet werden. In dem einfachen Beispiel von 4a ergibt das auftreffende Strahlenbündel 1 2 durch den Spiegel M₁ abgelenkte Strahlenbündel 2, deren Spuren in der Ebene P'' parallel zu OY ausgerichtet sind (im Fall von 4b ergibt das auftreffende Strahlenbündel 1 4 (zwei mal 2) durch den Spiegel M'₁ abgelenkte Strahlenbündel 2, deren Spuren in der Ebene P'' parallel zu OX bzw. zu OY ausgerichtet sind).
In dieser Darstellung äußert sich die optische Zuordnung mit der Vergrößerung G_I,I+1 zwischen zwei aufeinander folgenden Spiegeln M_I und M_I+1 durch eine an den von den Winkelablenkpositionen angenommenen Werten vorgenommene Vergrößerung 1/G_I,I+1; die Bilder der durch einen Spiegel M_I abgelenkten Positionen und jene der Auftreffpositionen auf dem folgenden Spiegel M_I+1 stehen folglich gleichfalls im Verhältnis 1/G_I,I+1.
5 gibt in dieser Darstellung das Beispiel der Veränderung der verschiedenen Bilder bzw. Muster, die von den Spuren der auftreffenden Strahlenbündel (auf Ebenen des Typs P') und abgelenkten Strahlenbündel (auf Ebenen des Typs P'') eingangs und ausgangs der verschiedenen einachsigen Spiegel (des Typs M₁) einer Kaskade an, bei der N = 5 und P = 2, was eine besonders interessante Konfiguration ist.
Die Hauptablenkparameter nehmen dann die folgenden Werte an, die in 5 wieder zu finden sind:

– Anzahl abgelenkter Lichtstrahlenbündeln: P^N = 2^N = 32 für N = 5
– Winkelabstand zwischen den Ablenkpositionen der Strahlenbündel δα_N = 2·Δθ/2^N-1 = Δθ/8
– Gesamtwinkelauslenkung Δα_N = 31·Δθ/8; Δα_N → 4·Δθ, wenn N → ∞.

Im Fall von 3 Positionen (Fall, in dem P = 3, nicht durch eine Figur gezeigt) lauten dieselben Parameter:

– Anzahl abgelenkter Lichtstrahlenbündel P^N = 3^N = 243 für N = 5
– Winkelabstand zwischen den Ablenkpositionen der Strahlenbündel δα_N = Δθ/3^N-1 = Δθ/81
– Gesamtwinkelauslenkung Δα_N = 242·Δθ/81; Δα_N → 3·Δθ, wenn N → ∞.

5.2. Kaskade von Spiegeln, die um zwei zueinander senkrechrechte Drehachsen OX und OY oszillieren
Wenn jedes der Spiegelelemente MI um zwei vorzugsweise zueinander senkrechte Achsen OX_I und OY_I oszillieren kann (wobei jede der Drehachsen zu OX bzw. OY parallel ist), wird eine Verteilung von Winkelablenkpositionen längs zweier zueinander senkrechter Achsen erhalten. Diese neuartige Konfiguration, die dem in 4b gezeigten Reflexionsschema durch Spiegel M'₁ entspricht, ermöglicht bei einer gegebenen Anzahl N von Ablenkmitteln in der Kaskade, die Anzahl von potentiellen, erreichbaren Positionen wesentlich zu vergrößern und gleichzeitig über eine Verteilung von Winkelablenkpositionen in einer zweidimensionalen Matrix zu verfügen.
Diese Konfiguration ist besonders interessant, weil ausgangs jedes Spiegelelements eine Matrix (quadratisch, wenn die Winkelauslenkungen um zwei zueinander senkrechte Drehachsen gleich sind) von Winkelablenkpositionen erhalten wird. Es ist anzumerken, dass die Matrix von erhaltenen Positionen die Form eines Rhombus besitzt, von dem gerade gesagt worden ist, dass er in dem oben angeführten Fall quadratisch sein kann, und dessen Seiten in Bezug auf die Projektionen der Achsen OX und OY geneigt sind.
Diese Konfiguration ist für zahlreiche Anwendungen besonders attraktiv. Sie ist durch 6 veranschaulicht, die wie oben die Veränderung der Positionen der verschiedenen auftreffenden Lichtstrahlenbündel eingangs und ausgangs jedes Spiegels mit vier Drehpositionen (zwei Positionen entsprechend den zu OX parallelen Achsen OX_I und zwei Positionen entsprechend den zu OY parallelen Achsen OY_I) der Kaskade angibt.
Ausgangs der Spiegelelemente des N-ten Ablenkmittels der Kaskade werden 4^N Winkelablenkpositionen erhalten, die in einer Matrix (2^N·2^N) verteilt sind und deren Hauptparameter entsprechend den zwei zueinander senkrechten Achsen durch die obigen Formeln für P = 2 angegeben sind.
Es ergeben sich also:
für N = 3: 64 potentielle Winkelablenkpositionen (anstatt 8 im Fall von einachsigen Spiegeln),
für N = 4: 256 Positionen anstatt 16 und
für N = 5: 1024 Positionen anstatt 32.
5.3. Kaskade von einachsigen Spiegeln, die das Erhalten einer Matrix von Winkelablenkpositionen ermöglicht
Die obigen 2^N·2^N-Matrizen können auch durch zwei aufeinander folgende Kaskaden von Spiegelelementen, die um eine einzige Drehachse oszillieren und nur zwei Ablenkpositionen aufweisen, erhalten werden. Dazu muss über eine gemeinsame Richtung der Achsen der ersten Kaskade von N aus einachsigen Spiegelelementen zusammengesetzten Ablenkmitteln, die zu der gemeinsamen Richtung der Achsen der zweiten Kaskade, die ebenfalls durch N aus einachsigen Spiegelelementen zusammengesetzten Ablenkmitteln gebildet ist, senkrecht ist, verfügt werden.
Diese Konfiguration ist in 7 schematisch gezeigt.
Diese zeigt somit ein Architekturschema mit einer ersten Kaskade 60 von Spiegeln 10, 11, 12 und 13, die zwei Drehpositionen um eine einzige Achse OX einnehmen können, gefolgt von einer zweiten Kaskade 65 von Spiegeln 14, 15, 16 und 17, die zwei Drehpositionen um eine zu OX senkrechte Achse OY einnehmen können. Diese Architektur ermöglicht, Ablenkmuster zu erhalten, die zu jenen einer Kaskade von Spiegeln, die jeweils zwei Drehpositionen um zwei zueinander senkrechte Drehachsen einnehmen können (Fall, der in 6 gezeigt ist), gleichwertig ist, setzt jedoch eine höhere Gesamtzahl von Spiegeln ein.
Sie verwendet neben den optischen Zuordnungsmitteln 20, 21, 22 und 23, 24, 25, die für die korrekte Arbeitsweise jeder Kaskade erforderlich sind, ein zusätzliches optisches Zuordnungsmittel 26, das eine Objekt-Bild-Beziehung zwischen dem letzten Ablenkmittel der ersten Kaskade und dem ersten Ablenkmittel der zweiten Kaskade mit einer Vergrößerung G_L, die es ermöglicht, die Ablenkmuster symmetrisch zu machen, wenn die zwei Kaskaden 60 und 65 gleich sind, sicherstellt.
Die erste Kaskade von N Ablenkmitteln (zur Vereinfachung jeweils aus Einzelspiegeln 10, 11, 12, 13, ... in einer Reihe zusammengesetzt), die zum leichteren Verständnis mit "horizontal, H" bezeichnet werden kann, ergibt 2^N Winkelablenkpositionen in der horizontalen Richtung (in ähnlicher Weise wie der Fall von 5); die zweite Kaskade von N Ablenkmitteln (zur Vereinfachung jeweils aus Einzelspiegeln 14, 15, 16, 17, ... in einer Reihe zusammengesetzt), die zum leichteren Verständnis mit "vertikal, V" bezeichnet werden kann, vervielfacht dann diese 2^N Positionen in der vertikalen Richtung, was somit die Matrix von (2^N·2^N) gesuchten Winkelablenkpositionen ergibt.
Es muss jedoch die Tatsache beachtet werden, dass bei der vorhergehenden Konfiguration die gesamte Winkelvergrößerung, die durch die Gesamtheit der Zuordnungsmittel 20, 21, 22 in der horizontalen Richtung eingeführt wird, 1/2^2·(N-1) beträgt, während sie in der vertikalen Richtung, wo sie nur durch die Zuordnungsmittel 23, 24 und 25 eingeführt wird, nur 1/2^N-1 beträgt, was zur Bildung einer unsymmetrischen Matrix mit einem Formverhältnis gleich 2^N-1 führt, was sich bei bestimmten Anwendungen, insbesondere bei Anwendungen der optischen Lenkung, als wenig interessant erweisen kann.
Jedoch kann dieser Punkt durch Einführung von optischen Zuordnungsmitteln, die das Wettmachen dieser Unsymmetrie ermöglichen, zwischen die zwei Spiegelkaskaden "H" und "V" umgangen werden.
Aus diesem Grund wird bei 7 beschrieben, ein Mittel 26 zum optischen Zuordnen der Spiegelelemente des letzten Ablenkmittels der ersten Kaskade (in dem Beispiel von 7: der Mikrospiegel 13) zu den Spiegelelementen des ersten Ablenkmittels der zweiten Kaskade (in dem Beispiel von 7: der Mikrospiegel 14) vorzusehen; das verbindende optische Zuordnungsmittel 26, bei dem jedes der Licht brechenden Elemente (des Typs "Mikrolinsen") oder reflektierenden Elemente (des Typs "Mikrospiegel") eine räumliche Vergrößerung G_L = 1/2^N-1 (und folglich die gesuchte Winkelvergrößerung 2^N-1) sicherstellt.
Die Konfiguration der am Eingang und am Ausgang jedes Ablenkmittels erhaltenen Winkelablenkpositionen ist in 8 gezeigt, wo die Spiegel der horizontalen Kaskade mit M1 H, M2 H, M3 H und M4 H bezeichnet sind und die Spiegel der vertikalen Kaskade mit M1 V, M2 V, M3 V und M4 V bezeichnet sind; sie ergibt eine Matrix von Winkelablenkpositionen, die zu jener von 6 ähnlich ist, aber mit einachsigen Spiegeln, die jenen von 4a gleichen, jedoch technologisch einfacher herzustellen sind. Es kann angemerkt werden, dass die Seiten der erhaltenen Matrix im Unterschied zu dem, was in 6 gezeigt ist, zu den Achsen OX und OY parallel sind.
Andererseits erfordert sie, um gleiche Komplexitäten (Anzahl von Winkelablenkpositionen) zu erhalten, im Vergleich zu der Lösung mit zwei Drehachsen nach den 5 und 6 eine doppelte Anzahl von Ablenkmitteln:

– 6 Ablenkmittel anstatt 3 (3 "H"-Ablenkmittel und 3 "V"-Ablenkmittel), um 64 Winkelablenkpositionen (2³·2³ im ersten Fall, 43 im zweiten Fall) zu ergeben,
– 8 Ablenkmittel anstatt 4 (4 "H" und 4 "V"), um 256 Ablenkposition (2⁴·2⁴ im ersten Fall, 44 im zweiten Fall) zu ergeben.

5.4 Verallgemeinerung
Es gibt auf der Grundlage des Prinzips der Erfindung zahlreiche mögliche Konfigurationen, die hier nicht alle beschrieben werden können.
Es kann jedoch die Konfiguration angeführt werden, die eine Kaskade von Ablenkmitteln, die aus Spiegeln zusammengesetzt sind, die um zwei orthogonale Systemdrehachsen oszillieren, in einem Winkel von 45° zueinander orientiert sind und 3 mögliche Ablenkpositionen um jede der Achsen (beispielsweise eine Referenzposition und zwei Grenzpositionen beiderseits dieser Referenzposition) aufweisen.
Wenn die Winkelauslenkungen um die zwei zueinander senkrechten Systemachsen im Verhältnis √2 stehen, werden ausgangs des N-ten Spiegels 9^N Winkelablenkpositionen erhalten, was zu einer Komplexität von 81 für eine Kaskade von lediglich 2 Ablenkmitteln und von 729 für eine Kaskade von 3 Ablenkmitteln führt, was somit bei gleichwertiger Anzahl von Spiegeln weit über den vorhergehenden Komplexitäten liegt.
Im Übrigen wurden in den gegebenen Beispielen vereinfachend den matrixartigen Konfigurationen von Ablenkpositionen, die anhand von Ablenkmitteln, die aus Elementen zusammengesetzt sind, die Drehpositionen um orthogonale Achsen und dieselben Parameter für die Drehung um jede der Achsen aufweisen, erhalten werden, Vorzug gegeben; es ist wohlgemerkt möglich, Matrixkonfigurationen mit unsymmetrischen (rechteckigen, rhombenförmigen, ...) Formen zu verwirklichen, indem nicht orthogonale Achsen und/oder unterschiedliche Parameter für die Positionsdrehung (Winkelauslenkung Δθ oder Anzahl von Winkelpositionen) um die verschiedenen eingesetzten Drehachsen gewählt werden.
5.5 Faltung des Systems
Die 2 und 3a–c zeigen Kaskaden von Ablenkmitteln, die um 45° in Bezug auf die optischen Achsen des Systems geneigt sind; wohlgemerkt kann der Neigungswinkel verschieden sein und beliebige Werte φ annehmen, die lediglich mit den dimensionsbezogenen Beschränkungen, die zum einen mit der Größe der eingesetzten optischen Elemente und zum anderen mit dem für die Vorrichtung gewünschten Gesamtraumbedarf verbunden sind, in Einklang stehen müssen.
9 zeigt ein Modul, das eine Kaskade von Ablenkmitteln 10, 11, 12 und 13 mit 4 Elementen verwendet, wobei die verschiedenen Elemente um einen beliebigen Winkel φ in Bezug auf zu der optischen Achse des Systems senkrechten Ebenen geneigt sind. Bei jeder Spiegelreflexion dreht sich die optische Achse des Systems um einen Winkel 2φ. Um eine vollkommene Symmetrie der Funktionsweise zwischen den verschiedenen Elementen und zwischen den verschiedenen Familien abgelenkter Lichtstrahlen zu beachten, sind im Fall in Reihen oder in Matrizen angeordneter Vorrichtungen die Zuordnungsmittel vorzugsweise global um denselben Winkel φ geneigt; die optische Achse jedes der Bauelemente der verschiedenen Zuordnungsmittel bleibt vorteilhafterweise zu der optischen Achse des System parallel, um die optischen Aberrationen zu minimieren.
5.6 Steuerung der Funktionsweise
Wie bei dem gesamten System ist es wichtig, ein Steuer- bzw. Kontrollelement 50 vorzusehen, das sicherstellen kann, dass die gewünschte Funktion gewährleistet ist.
Bei der Vorrichtung der Erfindung kann es sich somit darum handeln, zu überprüfen, ob die ausgangs der Vorrichtung vorgesehenen Winkelablenkpositionen wirklich erreicht werden. In der Praxis ist es, um vollständige Informationen über die Quelle einer möglichen Störung zu erhalten, wichtig, den Betriebszustand jeder Stufe der Spiegelkaskade überprüfen zu können.
Diese Steuerung bzw. Kontrolle kann erfolgen, wenn, wie 10a zeigt, nach jedem Ablenkmittel Steuermittel 50 für die Winkelpositionen, die von jedem der Ablenkelemente eingenommen werden, vorgesehen sind.
Genauer wird diese Steuerung im Fall von 10a ausgeführt, indem dank eines Trennplättchens 51 ein kleiner Teil der Strahlen, die durch die das zu steuernde Ablenkmittel bildenden verschiedenen Bauelemente abgelenkt werden, (folglich der Lichtleistung der Strahlenbündel an der betrachteten Stelle) entnommen wird und die Gesamtheit dieser Strahlen mit Hilfe eines optischen Projektionsmoduls 52 irgendeines geeigneten herkömmlichen Typs (das beispielsweise aus einer Reihe oder einer Matrix von geeigneten Mikrolinsen oder Mikrospiegeln gebildet ist) auf einen Positionsdetektor 53 (der beispielsweise aus einer Reihe oder einer Matrix von CMOS-Photodetektoren gebildet ist) projiziert wird. Die Position der Photodetektoren 53 wird vorteilhafterweise auf Höhe oder in der Nähe der Brennebene der Elemente des optischen Projektionssystems gewählt, um in einfacher Weise eine eindeutige Entsprechung zwischen jeder der Winkelablenkpositionen und der räumlichen Verteilung der an dem Photodetektor empfangenen Lichtpunkte zu verwirklichen.
Die Verteilung der "Bild"-Punkte auf dem Positionsdetektor 53 ist vorteilhafterweise so gewählt, dass sie zu der Verteilung der zu steuernden Winkelablenkpositionen homothetisch ist. Dazu ist dem optischen Projektionsmodul 52 eventuell ein (verkleinerndes oder vergrößerndes) optisches Bildvergrößerungssystem 54 zum Anpassen der Abmessungen der Ablenkmittel des Moduls an jene des Positionsdetektors 53 zugeordnet.
Die Anzahl von Punkten der Photodetektormatrix, die das Steuern des Zustands des Moduls ausgangs einer Stufe der Kaskade ermöglicht, ist vorzugsweise wenigstens gleich der Gesamtzahl der potentiell in der betrachteten Stufe der Kaskade erzeugten Winkelablenkpositionen. Beispielsweise erzeugt die Spiegelkaskade bei der zwischen den Ablenkmitteln MD_I und MD_I+1 liegenden Stufe Nr. 1 P_TI Winkelpositionen (P_TI = P₁·P₂·...P_I):

– bei einer Kaskade von Ablenkmitteln mit Einzelelement, müssen P_TI Bildpunkte verfügbar sein.
– bei einer Kaskade von Ablenkmitteln, die aus Reihen von K Elementen zusammengesetzt ist, müssen K·P_TI Bildpunkte verfügbar sein.
– bei einer Kaskade von Ablenkmitteln, die aus Matrizen von K·K' Elementen zusammengesetzt ist, müssen K·K'·P_TI Bildpunkte verfügbar sein.

Eine andere Lösung zur Steuerung der Winkelablenkpositionen, die Photodetektionsmittel und ein optisches Bilderzeugungssystem verwendet, die zu dem vorhergehenden Fall ähnlich sind, kann darin bestehen, externe Lichtstrahlenbündel 70 zu verwenden, die den Lichtstrahlenbündeln des Moduls überlagert werden, wie 10b zeigt, die ein Modul darstellt, das nach jedem Ablenkmittel Steuermittel 50 zur Steuerung der Winkelpositionen, die von jedem der Ablenkelemente eingenommen werden, besitzt, wobei eine partielle Entnahme der Lichtleistung von sekundären Lichtstrahlenbündeln angewendet wird. Diese externen (oder sekundären) Strahlenbündel besitzen vorzugsweise eine Wellenlänge, die von jener der auftreffenden Strahlenbündel verschieden ist; sie werden durch vorzugsweise dichroitische Trennplättchen 55 zu den Steuermitteln geleitet. Die Elemente dieser Steuermittel gleichen jenen von 10a.
Wohlgemerkt kann die Steuerung des Moduls auch nicht ausgangs jedes Ablenkmittels MD_I ausgeführt sein, wie in den 10a und 10b gezeigt ist, sondern beispielsweise nur ausgangs des letzten Ablenkmittels MD_N.
Es kann angemerkt werden, dass die gerade präsentierten Beispiele bevorzugt Folgendes beschreiben:

– ein Modul, das eine Kaskade von M Lichtstrahlenbündelablenkmitteln MD₁, MD₂, MD₃, ..., MD_I, ..., MD_N einsetzt, die jeweils nur eine begrenzte Anzahl von Konfigurationen P₁, P₂, P₃, ..., P_I, ..., P_N annehmen können, derart, dass:
– jede Konfiguration P₁, P₂, P₃, ..., P_I, ..., P_N ermöglicht, ein beliebiges auftreffendes Lichtstrahlenbündel entsprechend derselben begrenzten Anzahl von vorzugsweise abstandsgleichen Winkelablenkpositionen PDA₁, PDA₂, PDA₃, ..., PDA_I, ..., PDA_N abzulenken,
– jedes Ablenkmittel MD_I der Kaskade (wobei I von 1 bis N – 1 geht) durch optische Zuordnungsmittel MCO_I, Licht brechend (Linsen) oder reflektierend (Spiegel), die eine Vergrößerung G_I,I+1 einführen, optisch dem ihm folgenden Ablenkmittel MD_I+1 zugeordnet ist,
– der Wert der Vergrößerung G_I,I+1 anhand der verschiedenen Ablenkparameter so berechnet wird, dass ausgehend von einem anfänglichen auftreffenden Strahlenbündel bei jeder neuen Stufe der Kaskade (und somit ausgangs der ver schiedenen Ablenkmittel (MD₁, MD₂, MD₃, ..., MD_I, ..., MD_N) die Vervielfachung der Anzahl abgelenkter Strahlenbündel in vorzugsweise abstandsgleiche einzelne Ablenkpositionen erreicht wird.

Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf Ablenkmittel MD₁, MD₂, MD₃, ..., MD_I, ..., MD_N ausweiten, die aus einer beliebigen Anzahl K von in Reihen oder Matrizen zusammengefassten Elementen gebildet sind, bei denen die entsprechenden Elemente von zwei aufeinander folgenden Ablenkmitteln MD_I und MD_I+1 durch Reihen oder Matrizen von Licht brechenden oder reflektierenden optischen Zuordnungsmitteln MCO_I mit Abmessungen und einer Komplexität, die zu jenen der Ablenkmittel gleichwertig sind, optisch zugeordnet sind.
Die optische Vergrößerung zwischen den entsprechenden Elementen der zwei Reihen oder zwei Matrizen von aufeinander folgenden Ablenkmitteln ist ebenfalls gleich G_I,I+1, sofern jedes der Elemente, die die Reihen oder die Matrizen der Kaskade bilden, dieselben Eigenschaften wie jene besitzt, die im Fall der Einzelablenkmittel definiert sind.
Die Erfindung ermöglicht in diesem Fall für jedes der K auftreffenden Lichtstrahlenbündel die wachsende Vervielfachung der Anzahl potentieller einzelner Winkelablenkpositionen, genommen am Ausgang jeder Stufe der Kaskade, und somit das Bilden von K Familien gleicher abgelenkter Strahlenbündel.

– ein Modul des oben angeführten Typs, bei dem die in Kaskade angeordneten Ablenkelemente MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N aus Ablenkelementen (10, 11, 12, 13, ...) des Typs "Einzelspiegel" zusammengesetzt sind oder beispielsweise in Reihen oder in Matrizen angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N Konfigurationen einzelner Winkelposition einnehmen können, die das Erzeugen einer gleichwertigen Anzahl einzelner Winkelablenkpositionen PDA₁, PDA₂, ..., PDA_I, ..., PDA_N ermöglichen, die jeweils durch entsprechende Werte δθ₁, δθ₂, ..., δθ_I, ... δθ_N im Winkel um wenigstens eine Familie von Drehachsen OX₁, OX₂, ..., OX_I, ..., OX_N mit gemeinsamer Richtung getrennt sind, wobei die Gesamtwinkelauslenkungen jedes der Elemente und den folgenden Eigenschaften genügen:
– Die Gesamtwinkelauslenkungen Δθ₁, Δθ₂, ..., Δθ_I, ... Δθ_N, die die einzelnen Elemente der Ablenkmittel MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N aufweisen, um die selbe Familie von Achsen stimmen überein und sind gleich Δθ, was bedeutet, dass: (P1 – 1)·δθ1 = (P2 – 1)·δθ2 = ... = (PI – 1)·δθI = ... = (PN – 1)·δθN = konstant = δθ
– Die Vergrößerungen G_I,I+1, die die paarweise Zuordnung der verschiedenen Elemente von zwei aufeinander folgenden Ablenkmitteln MD_I und MD_I+1 ermöglichen, sind gleich: GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1)

Die so beschriebene Vorrichtung ermöglicht im Fall derselben Familie von einzigen Drehachsen, ausgangs eines beliebigen der Elemente der Ablenkmittel MDI der Kaskade eine Anzahl P₁·P₂...P_I·...·P_N einzelner Winkelablenkpositionen zu erhalten, die alle abstandsgleich und linear auf einer zu dieser gemeinsamen Richtung senkrechten Achse angeordnet sind.
Insbesondere ausgangs der Elemente des letzten Ablenkmittels MD_L beträgt die Gesamtzahl P_TN einzelner im Winkel abstandsgleicher und linear angeordneter Winkelablenkpositionen: PTN = Π(i=1→N)PI

– ein optisches Modul des oben angeführten Typs, bei dem die Elemente 10, 11, 12, 13, .. der Ablenkmittel MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N jeweils zwei einzelne Winkelpositionen, die um einen Winkel δθ_X um Achsen, die zu einer gemeinsamen Richtung OX parallel sind, getrennt sind, und zwei einzelne Winkelpositionen, die um einen Winkel δθ_Y (vorzugsweise gleich δθ_X) um Achsen, die zu einer gemeinsamen und vorzugsweise zu OX senkrechten Richtung OY parallel sind, getrennt sind, aufweisen, und derart, dass die Vergrößerungen G_I,I+1 der verschiedenen Elemente von zwei aufeinander folgenden Ablenkmitteln MD_I und MD_I+1 gleich 2 sind (auf den Sonderfall P_I = P_I+1 = 2 angewandte allgemeine Formel für G_I,I+1).

Die so beschriebene Vorrichtung ermöglicht, Matrixkonfigurationen der Winkelablenkpositionsmuster zu erhalten und für eine gegebene Anzahl N von in der Kaskade eingesetzten Ablenkmitteln eine größere Anzahl einzelner Ablenkpositionen zu erhalten.

– ein optisches Modul des oben angeführten Typs, das gekennzeichnet ist durch die Hintereinanderschaltung von zwei aufeinander folgenden Kaskaden von Ablenkmitteln MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N, deren verschiedene Elemente 10, 11, 12, 13, ... nur Winkelpositionen P₁, P₂, P₃, ..., P_I, ..., P_N entsprechend einer einzigen, gemeinsamen Richtung einnehmen können und bei denen die einzige, gemeinsame Richtung der Drehachsen der jeweiligen Elemente der Ablenkmittel der ersten Kaskade orthogonal zu der gemeinsamen Richtung der Drehachsen der jeweiligen Elemente der Ablenkmittel der zweiten Kaskade gewählt ist.

Bei dieser Konfiguration werden die Elemente des letzten Ablenkmittels der ersten Kaskade durch ein verbindendes optisches Zuordnungsmittel 26, bei dem jedes der Elemente eine Vergrößerung G_L aufweist, die es ermöglicht das Muster der Winkelablenkpositionen ausgangs der Elemente des letzten Ablenkmittels der zweiten Kaskade symmetrisch zu machen, den entsprechenden Elementen des ersten Ablenkmittels der zweiten Kaskade optisch zugeordnet. Diese Konfiguration ermöglicht mit Ablenkelementen, die nur um eine einzige Drehachse oszillieren können, das Erzeugen von Matrixkonfigurationen der Bilder von Winkelablenkpositionen, die zu jenen der Vorrichtung nach Anspruch 3 analog sind.

– ein optisches Modul des oben angeführten Typs, bei dem die Anzahl einzelner Winkelpositionen P₁, P₂, P₃, ..., P_I, ..., P_N, die von den verschiedenen Elementen der Ablenkmittel MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N um verschiedene Drehachsen OX₁, OX₂, ..., OX_I, ..., OX_N mit gemeinsamer Richtung eingenommen werden können, gleich 2 oder 3 ist, wobei die Vergrößerungen G_I,I+1 dann die folgenden verschiedenen Werte annehmen können: GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 2 für PI = 2 und PI+1 = 2 GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 3 für PI = 3 und PI+1 = 3 GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 4 für PI = 2 und PI+1 = 3 GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 3/2 für PI = 3 und PI+1 = 2
– ein optisches Modul des oben angeführten Typs, derart, dass die Ablenkmittel aus einzelnen orientierbaren Mikrospiegeln gebildet sein, wobei eine Reihe von K' orientierbaren Mikrospiegeln oder eine Matrix von K'·K'' orientierbaren Mikrospiegeln die Vervielfachung der Anzahl von Winkelpositionen jeweils von einem einzi gen auftreffenden Lichtstrahlenbündel oder K' parallelen auftreffenden Lichtstrahlenbündeln (Fall von Reihen von K' Mikrospiegeln) oder K'·K' parallelen auftreffenden Lichtstrahlenbündeln (Fall von Matrizen von K'·K'' Mikrospiegeln) ermöglicht, wobei die einzelnen orientierbaren Mikrospiegel, die Reihen oder die Matrizen von orientierbaren Mikrospiegeln nach den in den Mikrotechnologien eingesetzten Verfahren der gemeinsamen Fertigung hergestellt sein können.
– ein optisches Modul des oben angeführten Typs, bei dem die zwei aufeinander folgenden Ablenkmitteln MD_I und MD_I+1 zugeordneten optischen Zuordnungsmittel MCO_I aus Elementen 20, 21, 22, 23, ... des Typs "Einzelmikrolinsen" (oder "Einzelmikrospiegel") gebildet sind, wenn die Ablenkmittel selbst aus Elementen 10, 11, 12, 13, 14, ... des Typs "orientierbare Einzelmikrospiegel", aus Reihen oder aus Matrizen von orientierbaren einzelnen Mikrospiegeln gebildet sind, wobei die einzelnen oder in Reihen oder Matrizen angeordneten Mikrolinsen (oder Mikrospiegel) nach den in den Mikrotechnologien eingesetzten Verfahren der gemeinsamen Fertigung hergestellt sein können.
– ein optisches Modul des oben angeführten Typs, bei dem die eingesetzten Ablenkmittel MD_I global um einen Winkel φ, der gleich 45° gewählt sein kann, in Bezug auf die optischen Achsen der Vorrichtung geneigt sind.
– ein optisches Modul des oben angeführten Typs, bei dem die in Reihen oder in Matrizen zusammengefassten Ablenkmittel MD_I und optischen Zuordnungsmittel MCO_I global um denselben Winkel φ in Bezug auf die allgemeine optische Achse der Vorrichtung geneigt sind, bei dem jedoch jede der optischen Achsen der verschiedenen Elemente 20, 21, 22, 23, ..., die die Zuordnungsmittel bilden, zu dieser allgemeinen optischen Achse parallel bleiben, um die Aberrationen, die durch diese verschiedenen Elemente an den verschiedenen aufgebotenen abgelenkten Strahlenbündeln eingeführt werden, zu minimieren.
– ein optisches Modul des oben angeführten Typs, bei dem die Ablenkpositionen der einzelnen Ablenkelemente durch Steuermittel 50 gesteuert werden, die Folgendes verwenden: – räumliche Trennmittel 51, die ermöglichen, einen Teil der Lichtleistung der Signallichtstrahlenbündel, die durch die verschiedenen Ablenkmittel abgelenkt werden, abzugreifen; – optische Projektionsmittel 52, die ermöglichen, die verschiedenen Winkelablenkpositionen eindeutig in ebenso viele räumliche Positionen zu transformieren, wobei diese optischen Bilderzeugungsmittel in Konfigurationen gruppiert sind, die mit jenen der Ablenkmittel (Reihen oder Matrizen von Elementen) übereinstimmen; sie können in bestimmten Fällen Bildvergrößerungsmitteln 54 zugeordnet sein; – Erfassungsmittel 53 für die auf diese Weise gebildeten räumlichen Positionen, die eine Anzahl von Punkten haben, die wenigstens gleich der Gesamtzahl von Winkelpositionen ist, die auf der betrachteten Ebene der Steuerstufe erzeugt werden, wobei die Konfiguration von Punkten des Photodetektors homothetisch zu jener der zu steuernden Gesamtheit von Winkelablenkpositionen ist; diese Erfassungsmittel können vorteilhafterweise Reihen oder Matrizen von im Handel erhältlichen CMOS-Photodetektoren sein;
– ein Modul, bei dem die Steuermittel 50 für die Winkelablenkpositionen sekundäre Lichtstrahlenbündel 70 mit einer Wellenlänge verwenden, die vorzugsweise von jener der Hauptstrahlenbündel verschieden ist, und die diesen Letzteren mit Hilfe von dichroitischen Plättchen 55 überlagert werden.

Es ist angegeben worden, dass jedes Ablenkelement MD_I demjenigen, das ihm vorausgeht, durch ein Zuordnungselement mit der Vergrößerung G_I-1,I optisch zugeordnet wird.
Vorzugsweise ist jedes Zuordnungselement aus zwei Linsen gebildet, die das Erhalten der gewünschten Vergrößerungen ermöglichen und konfokal angeordnet sind.
Diese zwei Linsen besitzen Brennweiten, deren Verhältnis gleich der gewünschten Vergrößerung G_I,I+1 ist.
Beispielhalber ist im Fall der Ablenkmittel des Typs "Mikrospiegel" mit zwei Positionen die Vergrößerung G_I,I+1 gleich 2, wobei das Verhältnis der Brennweiten der zwei Linsen bei konfokaler Anordnung, die in 11 gezeigt ist, ebenfalls gleich 2 ist.
Allgemein sind die in dem Modul der Erfindung verwendeten Linsen vorzugsweise nach Verfahren zur Fertigung, im Allgemeinen zur gemeinsamen Fertigung, die in Mikrotechnologien eingesetzt werden, hergestellt.

Claims

Optisches Ablenkmodul, das so beschaffen ist, dass es mehrere Winkelpositionen für wenigstens ein auftreffendes Lichtstrahlenbündel erzeugt, wobei dieses Modul für jedes Lichtstrahlenbündel eine Leitung aufweist, wobei diese Leitung umfasst: – eine Mehrzahl von N Ablenkelementen (MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N), die in Kaskade angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelablenkkonfigurationen um wenigstens eine gegebene Achse annehmen können, und – eine Mehrzahl von N – 1 optischen Zuordnungselementen (MCO₁, MCO₂, ..., MCO_I, ..., MCO_N-1), die jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Ablenkelementen angeordnet sind, derart, dass zwischen diesen aufeinander folgenden Ablenkelementen eine Objekt-Bild-Zuordnung verwirklicht wird.
Modul nach Anspruch 1, das so beschaffen ist, dass es mehrere Winkelpositionen für eine Mehrzahl von auftreffenden Lichtstrahlenbündeln erzeugt, bei dem für jedes auftreffende Lichtstrahlenbündel eine Leitung vorhanden ist und die Ablenkelemente und die optischen Zuordnungselemente jeder Leitung mit den homologen Elementen anderer Leitungen innerhalb von Gesamtheiten, die durch Reihen gebildet sind, zusammengefasst sind.
Modul nach Anspruch 1, das so beschaffen ist, dass es mehrere Winkelpositionen für eine Mehrzahl von auftreffenden Lichtstrahlenbündeln erzeugt, bei dem für jedes auftreffende Lichtstrahlenbündel eine Leitung vorhanden ist und die Ablenkelemente und die optischen Zuordnungselemente jeder Leitung mit den homologen Elementen anderer Leitungen innerhalb von Gesamtheiten, die durch Matrizen gebildet sind, zusammengefasst sind.
Modul nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem die innerhalb jeder Gesamtheit zusammengefassten Ablenkelemente jeweils eine Anzahl P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N von einzelnen Winkelablenkkonfigurationen, die gleich sind, haben.
Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Ablenkelemente MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N, die in Kaskade angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelablenkkonfigurationen annehmen können, einzige und parallele gegebene Achsen haben.
Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Ablenkelemente (MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N), die in Kaskade angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ..., bzw. P_N einzelne Winkelablenkkonfigurationen annehmen können, einzige gegebene Achsen haben, die zu der einen oder der anderen von zwei Referenzachsen (OX, OY) parallel sind.
Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Ablenkelemente (MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N), die in Kaskade angeordnet sind und jeweils P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelablenkkonfigurationen annehmen können, jeweils zwei gegebene Achsen haben, die zu zwei Referenzachsen (OX, OY) parallel sind.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Winkelablenkkonfigurationen um die gegebenen Achsen gleich beabstandet sind.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die in Kaskade angeordneten Ablenkelemente MD₁, MD₂, ..., MD_I, ..., MD_N jeweils durch Kippen um wenigstens eine gegebene Achse P₁, P₂, ..., P_I, ... bzw. P_N einzelne Winkelpositionskonfigurationen annehmen können, die ermöglichen, eine äquivalente Anzahl von einzelnen Winkelablenkungen zu erzeugen, die jeweils in Winkelrichtung durch Werte δθ₁, δθ₂, ..., δθ_I, ..., δθ_N um wenigstens eine Familie von Drehachsen OX₁, OX₂, ..., OX_I, ..., OX_N getrennt sind.
Modul nach Anspruch 9, bei dem die Drehachsenfamilien eine gemeinsame Richtung haben.
Modul nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei dem die Gesamtwinkelauswanderungen jedes der Ablenkelemente gleich sind.
Modul nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Vergrößerungen G_I,I+1, die die paarweise Zuordnung verschiedener aufeinander folgender Ablenkelemente MD_I und MD_I+1 ermöglichen, gegeben sind durch: GI,I+1 = PI·(PI+1 – 1)/(PI – 1).
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Ablenkelemente (10, 11, 12, 13, ...) jeweils zwei einzelne Winkelpositionen, die um einen Winkel δθ_X um parallele Achsen mit einer gemeinsamen Richtung OX getrennt sind, und zwei einzelne Winkelpositionen, die um einen Winkel δθ_Y um parallele Achsen mit einer gemeinsamen OY getrennt sind, aufweisen, derart, dass die Vergrößerungen G_I,I+1 der verschiedenen optischen Zuordnungselemente alle gleich 2 sind.
Modul nach Anspruch 13, bei dem der Winkel δθ_Y gleich δθ_X ist.
Modul nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei dem die Achse OY zu OX senkrecht ist.
Modul nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkelemente orientierbare Spiegel sind.
Modul nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch die Reihenanordnung von zwei aufeinander folgenden Kaskaden, deren verschiedene Ablenkelemente (10, 11, 12, 13, ...) nur Winkelpositionen P₁, P₂, ..., P_I, ... P_N längs einer einzigen gemeinsamen Richtung annehmen können, wobei die einzige gemeinsame Richtung der Drehachsen jedes der Ablenkelemente der ersten Kaskade senkrecht zu der gemeinsamen Richtung der Drehachsen jedes der Ablenkelemente der zweiten Kaskade gewählt ist.
Modul nach einem der Ansprüche 9 bis 17, bei dem die Anzahl einzelner Winkelpositionen P₁, P₂, ..., P_I, ..., P_N die von den verschiedenen Ablenkelementen MD₁, MD₂, ..., MD_I, ... MD_N um die verschiedenen Drehachsen mit gemeinsamer Richtung OX₁, OX₂, ..., OX_I, ..., OX_N angenommen werden können, gleich 2 oder 3 ist, wobei die Vergrößerungen G_I,I+1 dann die folgenden verschiedenen Werte annehmen können: GI,I+1 = P·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 2 für PI = 2 und PI+1 = 2 GI,I+1 = P·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 3 für PI = 3 und PI+1 = 3 GI,I+1 = P·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 4 für PI = 2 und PI+1 = 3 GI,I+1 = P·(PI+1 – 1)/(PI – 1) = 3/2 für PI = 3 und PI+1 = 2
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die Ablenkelemente orientierbare Mikrospiegel umfassen, die in gemeinsamen Fertigungsverfahren, die in den Mikrotechnologien eingesetzt werden, hergestellt werden.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die optischen Zuordnungselemente, die zwei aufeinander folgenden Ablenkelementen zugeordnet sind, jeweils wenigstens eine Linse umfassen.
Optisches Modul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes optische Zuordnungselement, das zwei aufeinander folgenden Ablenkelementen zugeordnet ist, wenigstens zwei Linsen in einer Konfiguration mit gleichen Brennpunkten hat, bei denen das Verhältnis der Brennweiten gleich der gesuchten Vergrößerung zwischen den zwei Elementen ist.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem die eingesetzten Ablenkelemente in Bezug auf die optische Achse global um einen Winkel φ, der gleich 45° gewählt ist, geneigt sind.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem die Ablenkelemente und die optischen Zuordnungselemente in Reihen oder Matrizen gruppiert sind und in Bezug auf die allgemeine optische Achse global um denselben Winkel φ geneigt sind, bei dem jedoch jede der optischen Achsen der verschiedenen Zuordnungselemente (20, 21, 22, 23, ...) zu dieser allgemeinen optischen Achse parallel bleibt.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem die Ablenkpositionen jedes der Ablenkelemente durch eine Steuervorrichtung (50) gesteuert werden, die folgendes verwendet: – räumliche Trennelemente (51), die ermöglichen, einen Teil der Lichtleistung der Signallichtstrahlenbündel, die durch die verschiedenen Ablenkelemente abgelenkt werden, abzugreifen, – optische Projektionselemente (52), die ermöglichen, die verschiedenen Winkelablenkpositionen eineindeutig in ebenso viele räumliche Positionen zu transformieren, wobei diese optischen Projektionselemente in Konfigurationen gruppiert sind, die mit jenen der Ablenkelemente übereinstimmen, – Erfassungselemente (53) für die auf diese Weise gebildeten räumlichen Positionen, die eine Anzahl von Punkten haben, die wenigstens gleich der Gesamtzahl von Winkelpositionen ist, die auf der betrachteten Ebene der Steuerstufe erzeugt werden, wobei die Konfiguration von Punkten des Photodetektors homothetisch zu jener der zu steuernden Gesamtheit von Winkelablenkpositionen ist.
Modul nach Anspruch 24, bei dem die optischen Projektionselemente Bildvergrößerungselementen (54) zugeordnet sind.
Modul nach Anspruch 24 oder Anspruch 25, bei dem die Erfassungselemente Reihen oder Matrizen aus CMOS-Photodetektoren sind.
Modul nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei dem die Steuervorrichtung (50) für die Winkelablenkpositionen sekundäre Lichtstrahlenbündel (70) mit einer Wellenlänge verwendet, die vorzugsweise von jener der Signallichtstrahlenbündel verschieden ist, die diesen letzteren mit Hilfe von dichroitischen Plättchen (55) überlagert werden.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 9 bis 12, 17, 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ablenkelement eine Anzahl einzelner Winkelablenkkonfigurationen um eine gegebene Achse hat, die gleich 2 ist.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem ein zusätzliches Zuordnungselement umfasst, das hinter dem ersten Ablenkelement angeordnet ist.