DE2036516C3 - Zeichengenerator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Zeichengenerator mit einer Zeichenmaske und einem einen Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene steuerbar auf das jeweils wiederzugebende Zeichen der Zeichenmaske richtenden Lichtablenker.

Durch die ständige Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit moderner Rechcnanlagen ist die Bedeutung optischer Ausgabeeinheiten in letzter Zeit stark gewachsen, nachdem die Arbeitsgeschwindigkeit der bisher fast ausschließlich verwendeten mechanischen Ausgabeeinheiten nicht mehr gesteigert werden konnte. Zu den wichtigsten Ausgabeeinheiten moderner Rechenanlagen gehören die Drucker, deren Arbeitsgeschwindigkeit bei mechanischer Ausführung nicht mehr gesteigert werden kann. Eine wesentliche Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit ist nur durch optische Drucker möglich, bei denen die Zeichen durch sogenannte Zeichengeneratoren erzeugt und auf einen lichtempfindlichen Aufzeichnungsträger übertragen werden. In der deutschen Auslegeschrift 12 50 172 wird eine elektrooptische Druckeinrichtung mit einer Schriftzeichenschablone und einem die jeweils ausgewählten Zeichen der Schablone auf einen Aufzeichnungsträger abbildenden optischen System beschrieben, in dessen Strahlengang elektroopcische Mittel angeordnet sind, durch welche die zu druckenden Zeichen der Schablone ausgewählt und auf eine beliebige Stelle des Aufzeichnungsträgers übertragen werden. Dabei verschiebt ein erster elektrooptischer Lichtablenker das Bild einer alle zu druckenden Zeichen enthaltenden Maske über eine Blende mit einer jeweils nur ein Zeichen durchlassenden Ausnehmung. Die in dieser Ausnehmung erscheinende Abbildung des jeweils ausgewählten Zeichens wird durch einen zweiten elektrooptischen Lichtablenker auf die jeweils zu bedruckende Stelle eines lichtempfindlichen Aufzeichnungsträgers übertragen. Der in dieser Vorrichtung verwendete elektrooptische Lichtablenker enthält mehrere im Strahlengang hintereinander angeordnete Ablenkeinheiten, die jeweils aus einem zwischen zwei elektrooptischen Elementen zur steuerbaren Drehung der Polarisationsebene eines Lichtstrahls angeordneten doppelbrechenden Kristall bestehen, den der linear polarisierte Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene entweder als ordentlicher oder als außerordentlicher Strahl durchsetzt Die Anordnung ist so getroffen, daß ein dem Lichtablenker mit einer fest vorgegebenen Lage seiner Polarisationsebene zugeführter linear polarisierter Lichtstrahl alle doppelbrechenden Kristalle als ordentlicher Strahl, J. h. unabgelenkt durchsetzt, sofern die Lage seiner Polarisationsebene nicht durch ein oder mehrere der steuerbaren elektrooptischen Elemente um 90° gedreht wird. Werden die beiderseits des doppelbrechenden Kristalls der ersten Ablenkstufe angeordneten steuerbaren elektrooptischen Elemente erregt, so wird die Polarisationsebene des zum doppelbrechenden Kristall der ersten Ablenkeinheit gelangenden linear polarisierten Lichtstrahls um 90° gedreht, so daß dieser den doppelbrechenden Kristall als außerordentlicher Strahl durchsetzt und dabei um einen Betrag »1« versetzt wird. Im zweiten elektrooptischen Element der ersten Ablenkstufe wird die Polarisationsebene des den doppelbrechenden Kristall verlassenden Strahls erneut um 90° gedreht, so daß er mit seiner ursprünglichen Richtung der Polarisationsebene zur zweiten Ablenkeinheit gelangt. Sind die der zweiten Ablenkeinheit zugeordneten elektrooptischen Elemente nicht erregt, so durchsetzt der Lichtstrahl den doppelbrechenden Kristall der zweiten Ablenkeinheit als ordentlicher Strahl ohne seitlich abgelenkt zu werden. Sind die elektrooptischen Elemente der zweiten Ablenkstufe jedoch erregt, so wird die Polarisationsebene des linear polarisierten Strahls im ersten elektrooptischen Element um 90° gedreht, so daß der Strahl den doppelbrechenden Kristall der zweiten Ablenkstufe als außerordentlicher Strahl durchsetzt und dabei abge-

lenkt wird. Die Längen der doppelbrechenden Kristalle der einzelnen Ablenkeinheiten sind so bemessen, daß der Strahl bei erregten elektrooptischen Elementen in der ersten Ablenkeinheit um den Betrag »1«, in der zweiten Ablenkeinheit um den Betrag »2«, in der dritten Ablenkeinheit um den Betrag »4« usw. abgelenkt wird. Die in der deutschen Auslegeschrift 12 50 172 beschriebene Druckeinrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die Abbildung einer eine Vielzahl von Einzelzeichen enthaltenden Zeichenschablone durch einen aus mehreren Ablenkstufen bestehenden Lichtablenker übertragen werden muß. Die Übertragung der Abbildung eines komplexen Objektes durch eine größere Anzahl von Ablenkstufen eines Lichtablenkers ist jedoch selbst bei großem technischen Aufwand nur möglich, wenn die Anforderungen an die Schärfe und an die Fehlerfreiheit der einzelnen Zeichen relativ gering sind. Deshalb ist schon vielfach vorgeschlagen worden, einen Lichtstrahl durch einen ersten Lichtablenker auf das jeweils gewünschte Zeichen zu richten, den die t-orm dieses Zeichens aufweisenden Lichtstrahl dui ch einen zweiten gleich ausgebildeten und komplementär gesteuerten Lichtablenker zu rezentrieren und den in dieser Ausgangslage befindlichen Strahl durch einen dritten Lichtablenker auf die jeweils zu bedruckende Stelle des lichtempfindlichen Aufzeichnungsträgers zu richten.

In der französischen Patentschrift 14 52 101 wird eine Speicherauslesevorrichtung und ein Zeichengenerator beschrieben, bei dem ein Lichtstrahl in der oben beschriebenen Weise auf einen ansteuerbaren Bereich eines Speichers oder einer Zeichenmaske gerichtet und anschließend nach Aufnahme der Information durch den gleichen Lichtablenker »rezentriert« wird, wobei der Lichtablenker in entgegengesetzter Richtung durchlaufen wird. Die durch die Richtungsumkehr erforderliche relativ große Anzahl von Spiegeln, Strahlenteilern und Halbwellenplatten stellt eine Reihe von Störquellen dar, die insbesondere im Hinblick auf die sowohl in den Ausführungsbeispielen der entgegengehaltenen französischen Patentschrift als auch im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung nicht dargestellten abbildenden Elemente nicht nur die Lichtausbeute, sondern auch die Schärfe der abgetasteten Information in erheblichem Umfang herabsetzen.

In der Literaturstelle »A High-Capacity Digital Light Deflector Using Wollaston Prisms« von W. J. T a b ο r, in The Bell System Technical Journal 1967, Seiten 957 ff, wird eine Lichtablenkeranordnung zum Auslesen eines Speichers beschrieben, bei der der Lesestrahl durch einen Lichtablenker auf die jeweils ausgewählte Speicherstelle gerichtet wird und nach Reflexion den Lichtablenker auf demselben Weg jedoch in entgegengesetzter Richtung durchläuft. Mit der gleichen Anordnung kann auch bei optischen Druckern der zur Rezentrierung benötigte Lichtablenker eingespart werden. Da die Auskoppelung des die Information tragenden Strahles durch einen Strahlenteiler erfolgt, gehen 75% der Strahlenenergie verloren, was insbesondere bei Druckern sehr nachteilig ist.

In der deutschen Patentschrift 12 88 829 wird ein Zeichengenerator beschrieben, bei dem der Strahl ebenfalls durch denselben Lichtablenker abgelenkt und rezentriert wird. Zur Vermeidung der hohen Verluste wird ein polarisationsabhängiger Strahlenteiler verwendet Der Strahl durchläuft dabei zweimal einen (,$ Faraday-Rotator, in dem seine Polarisationsebene beim Durchlauf in einer Richtung um 45° und beim Durchlauf in der entgegengesetzten Richtung um weitere 45° gedreht wird.

Rotatoren, die die Polarisationsebene eines Strahls unabhängig von dessen Fortpflanzungsrichtung im gleichen Sinne drehen, sind aber sehr aufwendig und arbeiten nicht mit der bei den meisten Anwendungen erforderlichen Präzision.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen Zeichengenerator mit nur zwei Lichtablenkern anzugeben, mit dem es bei relativ geringem technischen Aufwand möglich ist, Zeichen von sehr guter Qualität unter optimaler Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Lichtquelle auf den jeweils gewünschten Stellen eines lichtempfindlichen Aufzeichnungsträgers zu erzeugen. Darüber hinaus soll die bei den bisher vorbekannten ähnlichen Vorrichtungen erforderliche Anzahl von Strahlenteiler!!, Ablenkspiegeln und Viertelwellenplatten zur Vermeidung von die Lichtausbeute und die Schärfe herabsetzenden Störquellen verringert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Zeichengenerator mit einer Zeichenmaske und einem einen Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene steuerbar auf das jeweils wiederzugebende Zeichen der Zeichenmaske richtenden Lichtablenker gelöst, der gekennzeichnet ist durch folgende in Richtung des Lichtstrahls nacheinander angeordnete Elemente: einen ersten polarisationsabhängigen Strahlenteiler, den den ihn durchsetzenden Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsrichtung steuerbar ablenkenden Lichtablenker, einen am Ausgang des Lichtablenkers angeordneten elektrooptischen Rotator, durch den die Polarisationsebene eines den Lichtablenker verlassenden Strahls unabhängig von dessen Schaltzustand jeweils um 90° gegenüber der Polarisationsebene des dem Lichtablenker zugeführten Strahls gedreht wird, einen zweiten polarisationsabhängigen Strahlenteiler mit einer parallel zur Durchlaßrichtung des ersten Strahlenteilers liegenden Durchlaßrichtung, zwei den vom zweiten Strahlteiler abgelenkten Strahl nach Passieren einer Zeichenmaske der Rückseite des ersten Strahlenteilers zuführende Umlenkelemente, die gemeinsam mit dem ersten Strahlteiler den nunmehr die gewünschte Zeicheninformation enthaltenden Strahl den Lichtablenker ein zweites Mal in derselben Richtung durchsetzen lassen, wobei die Lage seiner Polarisationsebene senkrecht zur Lage der Polarisationsebene des den Lichtablenker zum ersten Mal durchsetzenden Strahls liegt, so daß er den Lichtablenker auf einem komplementär zum Weg des ersten Strahls verlaufenden Weg durchsetzt und den zweiten polarisationsabhängigen Strahlenteiler unabhängig vom Schaltzustand des Lichtablenkers stets entlang des gleichen Weges unabgelenkt verläßt

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet daß die polarisationsabhängigen Strahlenteiler aus Wollaston-, Rochon- oder Senarmont-Prismen und/oder Mehrschichtelementen bestehen.

Eine andere Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet daß die reflektierenden Flächen der Umlenkelemente totalreflektierende Prismenflächen sind, die entweder zu einem einzigen oder zu zwei Prismen gehören.

Ein weiteres besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schließlich dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtablenker aus mehreren Stufen besteht die jeweils ein steuerbares elektrooptisches Element zur Drehung der Polarisationsebene um 90° und ein

nachgeschaltetes, den Strahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene auf einem von zwei Wegen weiterleitendes Element umfassen.

Da die Erfindung die Verwendung polarisationsabhängiger Strahlenteiler ermöglicht, treten an den Strahlenteilern im Gegensatz zu einem Großteil der bekannten Anordnungen, bei denen die Verluste 75% betragen, keine Verluste auf.

Durch die Herabsetzung der Anzahl der bei einem anderen Teil der vorbekannten optischen Drucker erforderlichen Strahlenteiler, Ablenkspiegel und Viertelwellenplatten wird nicht nur der konstruktive Aufbau vereinfacht und die Schwierigkeiten der Justage verringert, sondern auch die Lichtausbeute und die Schärfe der abgebildeten Zeichen erhöht.

Da bei den hohen Arbeitsgeschwindigkeiten von optischen Druckern extrem hohe Lichtintensitäten benötigt werden, ist die erreichte Erhöhung des Wirkungsgrades von großer Bedeutung.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 schematische Darstellungen zweier bekannter Lichtzeichengeneratoren,

Fig.3 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung durchsetzt ein Lichtstrahl 1 einen aus mehreren jeweils einzeln ansteuerbaren Ablenkstufen bestehenden Lichtablenker 2. Ein derartiger Lichtablenker ist beispielsweise in der britischen Patentschrift 9 76 610 beschrieben. Der den Lichtablenker 2 verlassende Strahl durchsetzt eine Maske 3 und gelangt in einen zweiten, in gleicher Weise wie der erste Lichtablenker ausgebildeten Lichtablenker 4, von wo er durch eine Linse 5 auf einen beispielsweise in einer Bildebene 6 liegenden Aufzeichnungsträger abgebildet wird.

Die beiden Lichtablenker 2 und 4 werden durch ein Steuergerät 7 so gesteuert, daß die im Lichtablenker 2 bewirkte Ablenkung im Lichtablenker 4 rückgängig gemacht wird und der Strahl 1 immer auf die gleiche Stelle der Bildebene 6 fällt. Die Maske 3 besteht aus einer undurchsichtigen Schicht in der 8 χ 8 Zeichen in Form von durchsichtigen Ausnehmungen matrixartig angeordnet sind. Zur Auswahl eines Zeichens bewirkt das Steuergerät 7 eine derartige Ablenkung des den Lichtablenker 2 durchsetzenden Strahls, daß dieser den das ausgewählte Zeichen enthaltenden Bereich der Maske 3 durchsetzt. Der die Form des ausgewählten Zeichens aufweisende Strahl durchsetzt anschließend den Lichtablenker 4, der durch das Steuergerät 7 so erregt wird, daß die im ersten Lichtablenker eingetretene Ablenkung rückgängig gemacht wird.

In der in Fig.2 dargestellten Anordnung wird ein linear polarisierter Lichtstrahl 11 an einem Strahlenteiler 9 nach rechts reflektiert und gelangt durch eine Linse 5 zu einem Lichtablenker 8, der in gleicher Weise wie die in Fi g. 1 schematisch dargestellten Lichtablenker 2 und 4 ausgebildet ist Die einzelnen Stufen des Lichtablenkers 8 werden durch ein Steuergerät 7 derartig erregt, daß der Strahl auf das jeweüs ausgewählte Zeichen einer Maske 12 auf trifft Auf dieser Maske sind beispielsweise 8x8 Zeichen in Form von spiegelnden Bereichen matrixartig angeordnet Der an der Maske reflektierte Strahl weist die Form des jeweils ausgewählten Zeichens auf und durchsetzt, da er in gleicher Weise wie der auftreffende Strahl polarisiert ist, den Lichtablenker 8 auf dem gleichen Wege wie der von links nach rechts verlaufende Strahl. Das hat zur Folge, daß der nunmehr die Form des ausgewählten Zeichens aufweisende Strahl den Lichtablenker 8 stets an der gleichen Stelle und mit der gleichen Richtung verläßt. Nachdem der Strahl die Linse 5 und den Strahlenteiler 9 durchsetzt, fällt er immer auf den gleichen Punkt einer Bildebene 10.

Die die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Anordnungen verlassenden Strahlen werden entweder auf einen von Druckstelle zu Druckstelle verschiebbaren lichtempfindlichen Aufzeichnungsträger gerichtet oder gelangen in einen weiteren, nicht dargestellten Lichtablenker, durch den der Strahl auf die jeweils gewünschte Stelle eines feststehenden lichtempfindlichen Aufzeichnungsträgers gerichtet wird. Im Falle der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind dann insgesamt drei Lichtablenker erforderlich. Bei der in F i g. 2 dargesteiiten Anordnung sind zwar nur zwei Lichtablenker erforderlich, die am Strahlenteiler 9 auftretenden Verluste betragen jedoch 75%.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Anordnung wird durch einen Laser L ein linear polarisierter Strahl 13 erzeugt, der zunächst einen polarisationsabhängigen Strahlenteiler 14 durchsetzt. Dieser Strahlenteiler besteht vorzugsweise aus einer auf einem durchsichtigen Träger aufgedampften Vielfachschicht mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex. Der Strahlenteiler ist so justiert, daß seine Flächennormale mit der Richtung des einfallenden Lichtes den Brewster-Winkel β einschließt, der durch die Differenz der Brechungsindizes der Aufdampfschichten definiert ist Die Schichtdicken sind so gewählt, daß sich eine Verstärkung der reflektierten Komponente durch Interferenz ergibt Die Richtung der Polarisationsebene des Laserstrahls liegt so, daß er den Strahlenteiler 14 ungeschwächt durchsetzt In einem im weiteren Verlauf des Lichtstrahles angeordneten Lichtablenker 15 wird der Strahl entsprechend dem Schaltzustand dieses Lichtablenkers parallel zu sich selbst steuerbar so versetzt daß er das jeweils ausgewählte Zeichen einer Maske 20 durchsetzt Am Ausgang des Lichtablenkers ist ein elektrooptischer Rotator 16 angeordnet der beispielsweise aus einem zwischen zwei durchsichtigen Elektroden angeordneten Kaliumdihydrogenphosphat (KDP)-KristalI besteht Der Rotator 16 wird durch eine Steueranordnung 27, die gleichzeitig den Lichtablenker 15 erregt, so gesteuert, daß der ihn verlassende Strahl unabhängig vom Erregungszustand des Lichtablenkers 15 stets senkrecht zur Lage der Polarisationsebene des vom Laser L ausgehenden Strahls 13 polarisiert ist. Ein zweiter im Strahlengang angeordneter polarisationsabhängiger Strahlenteiler 17, der ebenso wie der bereits beschriebene Strahlenteiler 14 ausgebildet ist liegt mit seiner Durchlaßrichtung parallel zur Durchlaßrichtung des Strahlenteilers 14, so daß der den Rotator 16 verlassende Strahl an ihn nach oben in Richtung aul einen Spiegel 18 reflektiert wird, von wo er über einen zweiten Spiegel 19 in den Bereich der Maske 20 gelangt die beispielsweise 8 χ 8 aus durchlässigen Bereicher bestehende, matrixförmig angeordnete Zeichen enthält Der die Maske 20 verlassende Strahl 23 weist die Fora des jeweils ausgewählten Zeichens auf und wird, da ei senkrecht zur Richtung des ursprünglich in dei Lichtablenker 15 eintretenden Strahles 13 polarisiert isi am polarisationsabhängigen Strahlenteiler 14 reflek tiert Aus dem gleichen Grunde durchsetzt er dei Lichtablenker 15 diesmal auf einem Weg, der komple mentär zum Weg des zuerst genannten Strahls verlauf! Der den Lichtablenker 15 zum zweitenmal durchsetzen

de und nunmehr die Form des ausgewählten Zeichens aufweisende Strahl ist beim Verlassen des Rotators 16 so polarisiert, daß er den polarisationsabhängigen Strahlenteiler 17 ungeschwächt durchsetzt und durch eine Linse 21 auf einer Bildebene 22 fokusiert wird. Der auf der Bildebene 22 fokusierte, die Form des jeweils ausgewählten Zeichens aufweisende Strahl wird entweder durch einen weiteren, nicht dargestellten Lichtablenker auf die jeweils zum Druck vorgesehene Stelle eines lichtempfindlichen Aufzeichnungsträgers gerich-

tet oder fällt unmittelbar auf einen von Druckstelle ζ Druckstelle bewegten lichtempfindlichen Aufzeid nungsträger.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die beide Strahlenteiler 14 und 17 mit zueinander senkrechte Durchlaßrichtungen anzuordnen und den unabgelent ten Strahl durch ein Spiegelsystem der Zeichenmaske 2 und dem Lichtablenker 15 für einen zweiten Durchlai zuzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zeichengenerator mit einer Zeichenmaske und einem einen Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene steuerbar auf das jeweils wiederzugebende Zeichen der Zeichenmaske richtenden Lichtablenker, gekennzeichnet durch folgende in Richtung des Lichtstrahls nacheinander angeordnete Elemente: einen ersten polarisationsabhängigen Strahlenteiler (14), den den Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene steuerbar ablenkenden Lichtablenker (15), einen am Ausgang des Lichtablenkers angeordneten steuerbaren elektrooptischen Rotator (16), durch den die Polarisationsebene des den Lichtablenker verlassenden Strahls unabhängig vom Schaltzustand des Lichtablenkers jeweils um 90° gegenüber der Polarisationsebene des dem Lichtablenker zugeführten Strahls gedreht wird, einen zweiten polarisationsabhängigen Strahlenteiler (17) mit einer parallel zur Durchlaßrichtung des ersten Strahlenteilers (14) liegenden Durchlaßrichtung, zwei den vom zweiten Strahlenteiler (17) abgelenkten Strahl nach Passieren einer Zeichenmaske (20) der Rückseite des ersten Strahlenteilers (14) zuführende Umlenkelemente (18,19), die gemeinsam mit dem ersten Strahlenteiler den nunmehr die gewünschte Zeicheninformation enthaltenen Strahl (23) den Lichtablenker ein zweitesmal in derselben Richtung durchsetzen lassen, wobei die Lage seiner Polarisationsebene senkrecht zur Lage der Polarisationsebene des den Lichtablenker zum ersten Mal durchsetzenden Strahls (13) liegt, so daß er den Lichtablenker auf einem komplementär zum Weg des ersten Strahls (13) verlaufenden Weg durchsetzt und den zweiten Strahlenteiler (17) unabhängig vom Erregungszustand des Lichtablenkers stets entlang des gleichen Weges unabgelenkt verläßt.

2. Zeichengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polarisationsabhängigen Strahlenteiler (14, 17) aus doppelbrechenden Kristallen, Wollaston-, Rochon- oder Senarmont-Prismen und/oder Mehrschichtelementen bestehen.

3. Zeichengenerator nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen der Umlenkelemente (18, 19) totalreflektierende Prismenflächen sind.

4. Zeichengenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtablenker (15) aus mehreren, jeweils ein steuerbares elektrooptisches Element zur Drehung der Polarisationsebene um 90° und ein nachgeschaltetes, den Strahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene auf einem von zwei Wegen weiterleitendes Element umfassenden Stufen besteht.