SU1179255A1 - Голографическое сканирующее устройство (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Голографическое сканирующее устройство, содержащее источник когерентного излучени , анаморфотную оптическую систему и голографический сканирующий элемент с приводом вращени , отличающеес  тем, что,с целью повышени  разрешающей способности и расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  двухкратного сканировани  за один оборот сканирующего элемента по Участку окружности радиуса R в пределах угла 0 п/6, сканирующий элемент выполнен в виде кругового цилиндра с отражательной дифракционной решеткой, выполненной на боковой поверхности, при этом профиль границы К-го щтриха дифракционной решетки определ етс  из соотношени  (/6гl - k -Й6ln(:г/6p), где X - абсцисса границы К-го штриха на развертке рабочей поверхности сканирующего элемента; Z - ордината границы К-го штриха; К 1,2,3, ... - индекс штриха; Л - длина волны источника излучени ; г - радиус цилиндрической поверхности сканирующего элемента , а анаморфотна  оптическа  система установлена на фокусном рассто нии от рабочей поверхности сканирующего элемента главным сечением перпендикул рно образующей цилиндра, при этом сканируемый участок окружности и образующа  цилиндрической поверхо S ности принадлежат одной плоскости. 2. Голографическое сканирующее устройство, содержащее источник коС герентного излучени , анаморфотную оптическую систему и голографический сканирую ций элемент с приводом вращени , отличающе ес  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности и расширени  функциональных возможностей, оно дополнительно снабжено щелевой диафрагмой, установленной в фокальной плоскости анаморфотной оптической системы, и вогнутым цилиндрическим зеркалом, центр кривизны которого лежит на одной линии с отверстием диафрагмы, образующей цилиндрической поверхности сканирующего элемента и линией сканироваии , при этом профиль границы К-го штриха дифракционной решетки определ етс  из соотношени  Ч-|гК1,Хсо5 у t KV- k-ilioih у . -1г;/2ит,

Description

где X - абсцисса границы К-го штриха на развертке рабочей поверхности сканирующего элемента;

ордината границы К-го штриха; 1,2,3, ... - индекс штриха; длина волны излучени ;

радиус цилиндрической поверх ности сканирующего элемента;

угол падени  излучени  на

рабочую поверхность сканируй; щего элемента;

радиус кривизны цилиндрического зеркала;

длина линии сканировани .

Изобретение относитс  к оптикомеханическому приборостроению, в частности к оптическим сканирующим устройствам, и может быть использовано в устройствах дл  записи, считывани , преобразовани  и отображени  информации. Целью изобретени   вл етс  повышение разрешающей способности и рас ширение функциональных возможностей На фиг. 1 представлена .схема гол графического сканирующего устройства по первому варианту; на фиг. 2 то же, по второму варианту; на фиг. 3 - развертка рабочей поверхности сканирующего элемента. Сканирующее устройство (фиг. 1) состоит из источника 1 когерентного излучени , анаморфотной оптической системы 2, голографического сканирующего элемента 3 с цилиндрической рабочей поверхностью и привода 4 его вращени . Рабочей поверхности сканирующего элемента придаетс  стр тура оптической дифракционной решет ки, в которой распределение штрихов соответствует распределению зон в осевом сечении зонной пластинки. Фре нел . Главное сечение анаморфотной оптической системы 2 ориентируетс  перпендикул рно одному из положений 5 образующей рабочей поверхности, лежащему в фокальной плоскости анаморфотной системы 2. Кругова  бинарна  зонна  пластин ка Френел  имеет структуру с чередо ванием прозрачных и непрозрачных кольцевых зон (зон Френел ), границы которых дл  параллельного пучка све определ ютс  выражением где К 1,2,3, ... - индекс К-й зоны; г - радиус К-й зоны; F - фокусное рассто ние зонной пластинки (первого дифрак ,ционного максимума); Д - длина волны излучени , используемого дл  освещени  пластинки. В декартовых координатах X, У при одстановке r) , где Х., ассто ние от центра координат (совпадающего с центром зонной пластинки ) до границы К-й зоны, выражение (1) имеет вид . (2) Дл  цилиндрических зонных пластиок распределение зон Френел  опреел етс  из (2) как . Падающий на рабочую поверхность пучок световых лучей  вл етс  параллельным в плоскости Р, оптическа  ось анаморфотной оптической системы перпендикул рна ее фокальной плоскости , а следовательно, перпендикул рна и образующей рабочей поверхности , лежащей в фокальной плоскости анаморфотной оптической системы. На плоскости Р выбирают декартову систему координат ОХУ так, чтобы ось ОХ проходила через образующую рабочей поверхности, лежащую в фокальной плоскости анаморфотной оптической системы. Траектори  сканировани , лежаща  в плоскости Р, описываема  параметрическим уравнением

Х Х(об)

(4) У У(об)

об - угловое положение сканируюгде щего элемента.

На развертке рабочей поверхности сканирующего элемента в фокальной плоскости анаморфотной оптической системы выбирают систему координат OXZ так, чтобы X -X, а Z rci , где г - радиус цилиндрической поверхности сканирующего элемента . Выража  из (5) oi и дела  подстановку в (4) , получают х X(Z/r) У y(Z/r) На основании (6) в плоскости систеМЫ координат OXZ профиль границы К-й полосы (штриха) дифракционной решетки описываетс  как iU;2b- KMji jr)(zjr) (7) где К 1,2,3, ... - индекс полосы; 0-Z 2irr; Е - длина сканирующего элемента Зависимость (7) непосредственно получаетс  из формулы (3). Координаты Х(/(), У(/г) эквивалент ны начальному смещению Х и фокусно му рассто нию F исходной зонной пла тинки Френел , котора  обеспечивает фокусировку луча в линию, перпендикул рную плоскости Р и пересекающую ее в точке с координатами X(Z/r), y(Z/r). В голографическом сканирующем ус ройстве в системе координат ОХУ тра ектори  сканировани  представл ет собой участок окружности радиуса R (фиг. 3) и описываетс  параметричес КИМ уравнением X R sin В У R cos В

За один оборот сканирующего элемента сфокусированный в линию световой луч дважды с линейной скоростью перемещаетс  по поверхности сканировани  в пределах углаО й - .

Из указаннь1х условий

Р 06/6 , j (9) /Ь ()/6 .

Так как , то из (8) и (9) дл  получают х R sin (Z/6r) У -R cos (Z/6r) откуда в соответствии с (7) на развернутой в плоскости системы координат OXZ поверхности сканирующего элемента профиль границ штрихов дифракционной решетки определ етс  как ((/6) , (11) где К 1,2,3, ... ;. . Аналогична  структура получаетс  ина участке I (в этом случае в уравнении (7) согласно (2) и (6) замен етс  на Z-7r). Голографическое сканирующее устройство (фиг. 2) содержит источник 1 когерентного излучени , анаморфотную оптическую систему 2, голографический сканирующий элемент 3 с цилиндрической рабочей поверхностью и привод А его вращени . Рабоча  поверхность сканирующего элемента имеет образующую 5. Сфокусированный луч сканирует по траектории 6. Дл  фокусировки сканирующего светового луча до дифракционно-ограниченных точечных размеров в устройство дополнительно введены щелева  диафрагма 7, установленна  в фокусе анаморфотной оптической системы 2, и вогнутое цилиндрическое зеркало 8, центр кривизны которого лежит на одной линии с отверстием диафрагмы 7, одним из положений образующей рабочей поверхности 5 и траекторией 6 сканировани . Дл  нормальный работы зонной пластинки в случае наклонного падеПИЯ параллельного пучка лу-чей границы зон Френел  должны рассчитыват с  так, чтобы оптическа  разность хода между световым пучком, проход  щим через центр зонной пластинки , и пучком, проход щим через границу К-й зоны Френел , составл ла бы -у К. В устройстве фокусное рассто  ние F дл  любого участка структуры дифракционной решетки принимаетс  равным удвоенному значению радиуса кривизны Rj цилиндрического зеркала В этом случае в плоскости системы координат OXZ профиль границы К-го штриха- дифракционной решетки описываетс  следующим образом Ь U2KR,,co jj4--K i --Kft5;ny)/co5y-x( За один оборот сканирующего элемен та луч света один раз с линейной, скоростью перемещаетс  по траектории сканировани . В соответствии с предъ вл емыми требовани ми при из менении (S6 от О до 21i значение Z должно мен тьс  от О до /Т г, а X - от О до L. Откуда 1 где L - длина траектории сканировани . Профиль границ штрихов дифракционной решетки на основании форму лы (12) X .KR,, cosy-b KV- lcA ein Jf cos , Устройство по первому варианту работает следующим образом. Световой луч от источника 1 изл чени , проход  через анаморфотную оптическую систему 2, фокусируетс  в узкую световую линию, лежащую на рабочей поверхности сканирующего э мента и совпадаюшую с одним из тек щих положений 5 ее образующей. Дал испытыва  дифракцию на рабочей поверхности , световой луч отклон етс на некоторый угол и фокусируетс  в направлении сканировани  в узкую с товую линию (что обеспечиваетс  фо сирующ1тм свойством участков оптической решетки), При вращении сканирующего элемента 3, на решетке которого варьируютс  только начальные смещени , светова  лини  перемещаетс  по участку окружности радиуса R. Если же структура решетки такова, что варьируютс  только фокусные рассто ни  указанных участков оптической решетки, то светова  лини  перемещаетс  уже в направлении, перпендикул рном положению траектории 5. В общем случае при изменении как фокусных рассто ний, так и начальных смещений указанных участков оптической решетки можно осуществл ть двухмерное сканирование. Устройство по второму варианту работает следующим образом. При наклонном (по отношению к оси вращени  сканирующего элемента) падении светового луча последний, пройд  диафрагму 7 и отразившись от цилиндрического зеркала 8, фокусируетс  в узкую световую линию на рабочей поверхности сканирующего элемента 3, испытывает дифракцию и, повторно отразившись от цилиндрического зеркала 8, попадает на плоскость сканировани . В направлении, перпендикул рном направлению сканировани , световой луч фокусируетс  на линии, проход щей через отверстие диафрагмы 7 и одно из положени  5 образующей рабочей поверхности, в дифракционно ограниченную точку. Вращение сканирующего элемента обеспечивает последовательную засветку различных участков дифракционной структуры ,элемента, соответствующих различным углам отклонени  светового луча и положени м светового п тна на линии 6 сканировани . Предлагаемое устройство обеспечивает высокое качество фокусировки светового луча, так как дл  фокусировки в направлении, перпендикул рном направлению сканировани , применено простое в изготовлении цилиндрическое зеркало, без искажений перенос щее изображение отверсти  диаф1рагмы на рабочую поверхность и повторно воспроизвод щее изображение засвеченного участка на плоскости сканировани . Использование объективного сканировани  также положительно вли ет на качество фокусировки (в направлении сканировани ).

Сканирующий элемент может быть выполнен также в форме конуса и однополостного цилиндра. Голографическа  структура сканирующего элемента может быть получена оптическим интерференционным методом либо синтезирована , с помощью вычислительной машины.

Повышение разрешак цей способности обеспечиваетс  тем, что размер апертуры в направлении сканировани , равный в данном случае длине фокусируемой на рабочей поверхности световой линии, ограничиваетс  только длиной образующей рабочей поверхности, которую можно сделать существенно большей радиуса сканирующего элемента . Увеличива  длину сканирующего

элемента и использу  при этом больший размер апертуры в направлении сканировани , можно повысить разрешающую способность, сохранив при этом прежний диаметр сканирующего элемента, а следовательно, оставив неизменным скорость его вращени  и частоту сканировани .

Предложенна  структура оптической решетки на рабочей поверхности сканирующего элемента обеспечивает сложный характер развертки светового луча, что расшир ет функциональ-ные возможности устройства. Применение оптической решетки с иной структурой, рассчитанной по описанной методике, позвол ет производить сканирование по произвольной траектории .

Claims (2)

1. /Голографическое сканирующее устройство, содержащее источник когерентного излучения, анаморфотную оптическую систему и голографический сканирующий элемент с приводом вращения, отличающееся тем, что,с целью повышения разрешающей способности и расширения функциональных возможностей путем обеспечения двухкратного сканирования за один оборот сканирующего элемента по Участку окружности радиуса R в пределах угла 0*^<?/6, сканирующий элемент выполнен в виде кругового цилиндра с отражательной дифракционной решеткой, выполненной на боковой поверхности, при этом профиль границы К-го штриха дифракционной решетки определяется из соотношения где X - абсцисса границы К-го штриха на развертке рабочей поверхности сканирующего элемента;

   Z - ордината границы К-го штриха;

   К = 1,2,3, ... - индекс штриха; λ - длина волны источника излучения;

   г - радиус цилиндрической поверхности сканирующего элемента, а анаморфотная оптическая система установлена на фокусном расстоянии от рабочей поверхности сканирующего элемента главным сечением перпендикулярно образующей цилиндра, при этом сканируемый участок окружности и образующая цилиндрической поверхности принадлежат одной плоскости.
2. 2. Голографическое сканирующее устройство, содержащее источник когерентного излучения, анаморфотную оптическую систему и голографический сканирующий элемент с приводом вращения, отли.чающе еся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и расширения функциональных возможностей, оно дополнительно снабжено щелевой диафрагмой, установленной в фокальной плоскости анаморфотной оптической системы, и вогнутым цилиндрическим зеркалом, центр кривизны которого лежит на одной линии с отверстием диафрагмы, образующей цилиндрической поверхности сканирующего элемента и линией сканирования , при этом профиль границы К-го штриха дифракционной решетки определяется из соотношения

   X^г-1 к*ςΐη

   -Ls/2hT, где X - абсцисса границы К-го штриха на развертке рабочей поверхности сканирующего элемента;

   Z - ордината границы К-го штриха; К ~ 1,2,3, ... - индекс штриха; А - длина волны излучения;

   г - радиус цилиндрической поверх пости сканирующего элемента;

   jj* - угол падения излучения на рабочую поверхность сканируй; щего элемента;

   R₃ - радиус кривизны цилиндрического зеркала;

   L - длина линии сканирования.