DE2643593C2 - Abtastvorrichtung für eine zweidimensionale Lichtabtastung - Google Patents
Abtastvorrichtung für eine zweidimensionale LichtabtastungInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung mit mehreren auf einem rotierbaren Hologrammträger
entlang dem Umfang aufeinanderfolgend angeordneten Hologrammen, die nur zu einem kleinen Bereich
ausgeleuchtet sind und während der Rotation zu einer Schwenkbewegung des rekonstruierten Objektstrahls
führen.
So ist beispielsweise ein Lichtstrahlablenksystem bekannt, bei dem eine rotierende Scheibe am Umfang
eine Anzahl eindimensionaler Streifenmuster mit variabler Steigung aufweist. Diese Streifenmuster
werden durch einen parallelen, kohärenten Lichtstrahl durch eine Zylinderlinse auf eine in der Ebene der
Scheibe durch deren Mittelpunkt hindurchgehende Achse in der Weise abgebildet, daß die Richtung des
darin konvergierenden Lichtstrahls mit der Normalen auf diese Achse zusammenfällt. Der dabei entstehende
Ablenkwinkel entspricht dem Winkel zwischen Signalstrahl und Bezugsstrahl. Bei Rotation der Scheibe
ändert sich dieser Winkel zyklisch und liefert damit nach Durchgang durch eine weitere Zylinderlinse aufeinanderfolgend
zueinander parallele Abtaststrahlen. Dies ist eine eindimensionale Abtastung.
Bekannte Abtastvorrichtungen können bei relativ hoher Abtastgeschwindigkeit meist nur in einer
Dimension abtasten. Die Abtastung in einer zweiten Dimension erfolgt dann jedoch bei einer relativ
geringen Abtastgeschwindigkeit. Beispielsweise benutzt eine bekannte Abiastvorrichtung einen rotierenden
Spiegel, der in einer Dimension eine relativ hohe Abtastgeschwindigkeit liefert. Ein oszillierender Spiegel
ist so angeordnet, daß er die Abtastzellen in einer Richtung senkrecht zur Richtung der schnellen Abtastung
einzustellen vermag und diese Abtastung erfolgt bei relativ kleiner Abtastgeschwindigkeit Versuche,
derartige Abtastvorrichtungen zu verbessern, gaben immer kompliziertere Anordnungen und in manchen
Fällen war es erforderlich, zwischen zwei und mehr Komponenten der Abtastvorrichtung eine Synchronisation
vorzusehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Abtastvorrichtung für einen Lichtstrahl über einen vorgegebenen
zweidimensionalen Bereich zu schaffen.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer Abtastvorrichtung der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, daß d;e Hologramme und die darauf gerichtete Welle so beschaffen sind, daß sich beim
bereichsweisen Ausleuchten eines jeden Hologramms im Abstand der Brennebene hinter dem Hologramm
entsprechend abschnittweise eine Brennlinie bildet, die in einem Winkel (α) gegenüber der Längsrichtung des
Hologramms geneigt ist, und daß die Ausleuchtung des kleinen Bereichs (ABCD) eines jeden Hologramms mit
einem solchen auftreffenden Strahl erfolgt daß der Strahl nach Durchgang durch das Hologramm zu einem
Punkt auf der Brennlinie konvergiert, und daß zur Erzielung einer zweidimensionalen Abtastung das das
Hologramm beleuchtende System ebenfalls, und zwar mit geringerer Geschwindigkeit, um die gleiche
Rotationsachse drehbar ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen im
einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf die Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung,
F i g. 2 schematisch eine Schnittansicht längs der Linie 2-2in Fig. 1,
Fig.3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines die Abtastvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2
verwendenden Aufzeichnungssystems,
Fig.4 ein Diagramm zur Darstellung der geometrischen
Verhältnisse bei der Bildung eines ebenen Hologramms,
F i g. 5 ein Diagramm zur Darstellung der geometrischen Verhältnisse bei der Wiederherstellung der
Brennpunktlinie des in Fig.4 gebildeten Diagramms und
F i g. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Wiederherstellung eines Punktes und der Ablenkung des so
wiederhergestellten Punktes für ein Hologramm, das gem. F i g. 4 gebildet wurde.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung
Ausführungsform der Erfindung
In F i g. 1 beseht die Lichtabtastvorrichtung aus einem
holographischen Zylinder 10, auf dessen Oberfläche eine Anzahl von Hologrammen 12a, 12f>
... 12/? aufgezeichnet ist. Eine optische Einrichtung 18 erzeugt einen Lichtstrahl, der auf den holographischen Zylinder
10 gerichtet wird und damit einen rekonstruierten Strahl erzeugt. Die optische Einrichtung 18 besteht aus einem
Laser 16, der einen kollimierten Lichtstrahl 14 erzeugt. Der Strahl 14 trifft dabei auf eine den Strahl formende
und ablenkende Vorrichtung 19 auf, die nunmehr einen
divergierenden Lichtstrahl 20 auf den holographischen Zylinder 10 lenkt, um dabei einen rekonstruierten
konvergierenden Strahl 22 zu erzeugen. Ein Antrieb, wie z. B. ein Motor 24, ist über eine mechanische
Kupplung 23 (in F; g. 2 gestrichelt eingezeichnet) mit
dem holographischen Zylinder 10 gekuppelt und rotiert diesen um die Zylinderachse, so daß der divergierende
Strahl 20 aufeinanderfolgende Hologramme 12 ausleuchtet Dadurch wird aber ein rekonstruierter Strahl
22 erzeugt, der eine linienförmige Abtastung unter einem Winkel gegen die Rotationsebene des Zyünaers
10 liefert Der Antriebsmotor 24 ist außerdem durch eine entsprechende mechanische Kupplung 25 (in der
Zeichnung gestrichelt angedeutet) mit der optischen Einrichtung 18 gekuppelt und rotiert diese um die Achse
des Zylinders 10. Falls gewünscht kann für diesen Antrieb der optischen Einrichtung 18 auch ein
gesonderter Motor, wie z. B. ein Schrittschaltmotor, vorgesehen sein. Dadurch wird bewirkt, daß der
rekonstruierte Strahl 22 bei einer unterschiedlichen Azimut-Position und wegen der Rotation der optischen
Einrichtung 18 in der Weise erzeugt wird, daß jeder Punkt auf dem Bildzylinder in einer kurzen Zeitspanne
erreicht wird.
Der holographische Zylinder 10 besteht dabei aus waagerechten Trägern 26, die einen transparenten
Zylinder 28 tragen. Der Zylinder 28 besteht vorzugsweise aus Glas und ist auf seiner inneren Oberfläche mit
einem Photopolymeren beschichtet. Selbstverständlich könnte das Photopolymere auch auf der äußeren
Oberfläche des Glaszylinders aufgebracht sein. Auf dem Zylinder ist eine Anzahl von Hologrammen aufgezeichnet.
Diese Hologramme sind Volumenphasenhologramme, so daß ein hoher holographischer Wirkungsgrad
erzielt wird, wobei die Anzahl η der aufgezeichneten Hologramme entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit
des Zylinders 10 und der erforderlichen Anzahl von Abtastzellen gewählt ist In einem typischen Anwendungsgebiet
wird der Zylinder 10 mit einer hohen Geschwindigkeit von z.B. 12 000 Umdrehungen pro
Minute gedreht.
Das Prinzip der Arbeitsweise der Abtastvorrichtung wird besser aus den in den F i g. 4, 5 und 6 gezeigten
Diagrammen verständlich. Eine rechteckige photoempfindliche Platte wird zur Bildung eines in Fig.4
dargestellten Hologramms dem Interferenzmuster einer zylindrischen Welle als Objektwelle und einer im
wesentlichen ebenen Welle als Bezugswelle ausgesetzt. Die Brennlinie der zylindrischen Welle liegt in einer zur
Hologrammebene 31 in einem Abstand d0 liegenden parallelen Ebene und bildet einen Winkel λ' mit der
Längsrichtung des Hologramms 30, wie dies F i g. 5 zeigt Die Ausleuchtung des gesamten Hologramms 30
mit der konjugierten Bezugswelle oder Referenzwelle rekonstruiert die vollständige Brennlinie 29. Wenn man
jedoch nur einen Teil des Hologramms 30 (wie z. B. die Fläche ABCD in Fig. 5) ausleuchtet, dann wird nur ein
entsprechender Teil (A 'D')der Brennlinie rekonstruiert. Leuchtet man einen Teil des Hologramms 30 (wie z. B.
die Fläche ABCD in Fig.5) mit einer zylindrischen
konvergierenden Referenzwelle mit einer Brennlinie aus, die auf der Brennlinie des Hologramms 30
senkrecht steht, dann wird der Abschnit A'D' der Brennlinie zu einem rekonstruierten Punkt P komprimiert.
Der auf die ebene Referenzwelle bei der Hologrammbildung angewandte Korrekturausdruck
kompensiert den zunehmenden Abstand c/(vgl. F i g. 6a)
der Brennlinie vom Mittelpunkt nachfolgender Flächen ABCD, wodurch es möglich wird, bei der Rekonstruktion
eines Punktes die gleiche konvergente Referenzwelle für alle Teile des Hologramms einzusetzen.
Dadurch, daß die zylindrische konvergierende Referenzwelle festliegt und das Hologramm 30 sich längs
seiner Längsachse, wie dies in F i g. 6a und 6b gezeigt ist
bewegt, wird der rekonstruierte Punkt senkrecht zur Brennlinie des Hologramms abgelenkt Man erhält eine
wiederholte Ablenkung des Strahls, wenn eine Reihe
ίο von Hologrammen aufgezeichnet ist
Das gleiche für ein ebenes Hologramm beschriebene Prinzip kann auch auf ein zylinderförmiges Hologramm
angewandt werden. In diesem Fall muß die Referenzwelle in bezug auf den Krümmungsmittelpunkt des
is Hologrammzylinders im wesentlichen rotationsinvariant sein. Wird das Hologramm durch eine solche
Refsrenzwelle (z. B. eine sphärische oder zylindrische divergierende Welle, die von der Achse des Hologrammzylinders
ausgeht), ausgeleuchtet, dann wird eine konvergierende zylindrische Welle rekonstruiert, deren
Brennlinie in bezug auf die die Basis des zylindrischen Teils enthalttnde Ebene einen Winkei α zwischen 0 und
90°, vorzugsweise etwa 45°, bildet Der Winkel von 45° wird deswegen vorgezogen, da er die längste Abtastzei-Ie
und damit die größte Auflösung liefert Die Ausleuchtung nur eines Teiles des Hologramms mit
einer ähnlichen (abgesehen von der Richtung der Brennlinie) konvergierenden Welle rekonstruiert einen
Punkt Rotiert man einen Hologrammzylinder um seine Kxümmungsachse als. Rotationsachse, dann wird der
rekonstruierte Punkt senkrecht zur Brennlinie abgelenkt. Die Schräge der Brennlinie 29 ergibt sich daraus,
daß die aufeinanderfolgenden Bereiche eines jeden Hologramms bezüglich dessen Längserstreckung unterschiedliche
Querablenkungen des rekonstruierten Strahls liefern.
Ein Strahlablenker für zwei Ablenkrichtungen besteht aus mehreren zylindrischen Hologrammen, die
rund um einen transparenten Ring angeordnet sind. Die vom Laser 16 kommende Referenzwelle, die auf die
Rotationsachse als ebene Welle auftrifft, wird durch eine strahlbiktende und ablenkende Einrichtung 19
erzeugt, die den Strahl in einen zylindrischen divergierenden Strahl 20 umformt, der auf den Hologrammzylinder
10 gerichtet ist. Der zylindrische divergierende Strahl 20 ist so geformt, daß er einen kleinen Teil des
Hologramms ausleuchtet und durch diese Ausleuchtung wird ein kleines Segment des ursprünglichen Zeilenabbildes
rekonstruiert. Dieser rekonstruierte Strahl weist in Richtung des Zeilenabbildes eine größere Konvergenz
auf und konvergiert damit das rekonstruierte Zeilensegment zu einem Punkt. Man sieht daher, daß die
Rekonstruktion eines Punktes tatsächlich aus zwei Verfahrensschritten besteht, die jedoch beide gleichzeitig
ablaufen. In der dargestellten Ausführungsform besteht die den Strahl bildende und ablenkende
Einrichtung 19 aus einer zylindrischen Linse 32 und einem kleinen Spiegel 34. Die strahlbildende und
ablenkende Einrichtung 19 wird um die gleiche Achse gedreht wie der Hologrammzylinder 10. Wenn man den
Hologrammzylinder mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, dann wird der rekonstruierte Punkt kontinuierlich
längs einer Linie auf einem außenliegenden Bildzylinder abgelenkt. Da die optische Einrichtung
klein ist, kann sie rasch beschleunigt werden, so daß es möglich wird, jeden Punkt des Bildzylinders in kurzer
Zeit zu erreichen.
Eine Speichervorrichtung unter Verwendung des
holographischen Lichlablenkers ist in Fig. 3 gezeigt.
Die Speichervorrichtung enthält einen Lichtablenker, der einen Speicherzylinder 40 abtastet. Der Speicherzylinder
40 fällt mit der durch den Lichlablenker abgetasteten Oberfläche des Bildzylinders zusammen. s
Die durch die Abtastvorrichtung abzutastenden Daten werden auf den Speicherzylinder 40 als codierte
Darstellungen von Daten aufgezeichnet. Der Speicherzylinder 40 besteht dabei aus einem für die optische
Speicherung von Daten geeigneten Material und die Auswahl dieses Materials hängt von der Art der
gewählten Aufzeichnung ab. Sol! die Aufzeichnung nach Art eines Festwertspeichers nur gelesen werden, dann
kann das Material beispielsweise ein photographischer Film sein. Für einen Lese/Schreibspeicher kann
beispielsweise ein magnetooptisches Material benutzt werden. Eine Anzahl von Abfühlvorrichtungen 42-1,
42-2, ... 42-n ist radial in der Nachbarschaft des Speicherzylinders 40 angeordnet. Die Abfühlvorrichtungen
42 können dabei für einen Festwertspeicher aus photoempfindlichen Zellen oder bei Einsatz von
magnetooptischen Verfahren aus Analysatoren und Polarisatoren aufgebaut sein. Die Ausgangssignale der
verschiedenen Abfühlvorrichtungen werden jeweils einzelnen Pufferspeichern 44 zugeleitet. Um die
Zeichnung einfach zu gestalten, ist nur ein einziger Pufferspeicher 44 mit seiner Anschlußleitung 46 gezeigt.
Elektrische Muster der eingespeisten Information werden über diese Leitungen 46 ausgelesen und dem
Pufferspeicher 44 zugeleitet, aus dem diese Information wieder, gesteuert durch eine Torsteuerung 48, über eine
Leitung 50 entnehmbar ;st Die Torsteuerung 48 ist über eine Leitung 52 mit einer Photodiode 54 verbunden, die
reflektierte Lichtimpulse über eine Bahn 56 von einer Taktspur 58 aufnimmt, die miteinander abwechselnde
reflektierende und nichtreflektierende Flächen aufweist. Von einer Lichtquelle 60 kommendes Licht wird als
Lichtstrahl 62 auf die Taktspur 58 gerichtet und die Lichtimpulse werden nach der Photodiode 54 reflektiert,
die diese Lichtimpulse in elektrische Impulse umwandelt. Bei einer Ausleseoperation wird der
holographische Zylinder 10' über eine gestrichelt dargestellte Antriebsverbindung durch den Antriebsmotor
24' rotiert, die der Formung und Ablenkung des Strahls dienende Einrichtung 19' wird durch einen
Motor 27, beispielsweise einen Schrittschaltmotor, über eine gestrichelt eingezeichnete mechanische Kupplung
angetrieben. Der Schrittschaltmotor kann in bekannter Weise entweder für eine kontinuierliche oder schrittweise
Bewegung angetrieben werden. Für die Modulation des vom Laser 16' ausgehenden Strahls 14' ist ein
Modulator 15 vorgesehen. Durch den Antrieb über den Motor 27 und die Steuerung durch den Modulator 15
erhält man einen wahlfreien Zugriff zu allen auf dem Speicherzylinder 40 aufgezeichneten Daten. Während
eines Umlaufs der den Strahl bildenden und ablenkenden Einrichtung 19' und vielen Umläufen des Hologrammzylinders
10' wird das von der Laserlichtquelle 16 kommende Licht auf jeden Punkt des Speicherzylinders
40 gerichtet und die dort festgestellte Information wird durch die Abfühlvorrichtungen 42 abgenommen. Die
selektive Ausspeicherung wird über Leitungen 64-1, 64-2, 64-3, ... 64-n über eine Folgesteuerung 36
gesteuert, die über eine Leitung 66 an einer Adreßsteuerung 38 angeschlossen ist. Über diese Adreßsteuerung
lassen sich unterschiedliche Folgen und Kombinationen von Abfühlvorrichtungen 42 zu jeder beliebigen oder
gewünschten Kombination von gespeicherten Informationsworten auswählen. Die Adreßsteuerung 38 kann
dabei eine bestimmte Zeile oder ein Wort im Speicher adressieren und die Folgesteuerung 36 steuert dann den
Modulator 15 zum Auslesen der gewünschten Bits innerhalb dieser Zeile oder des Wortes.
Claims (3)
1." Abtastvorrichtung mit mehreren auf einem rotierbaren Hologrammträger entlang dem Umfang
aufeinanderfolgend angeordneten Hologrammen, die nur zu einem kleinen Bereich ausgeleuchtet sind
und während der Rotation zu einer Schwenkbewegung des rekonstruierten Objektstrahls führen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hologramme und die darauf gerichtete Welle derart
beschaffen sind, daß sich beim bereichsweisen Ausleuchten eines jeden Hologramms im Abstand
der Brennebene hinter dem Hologramm entsprechend abschnittweise eine Brennlinie bildet, die in
einem Winkel («) gegenüber der Längsrichtung des Hologramms geneigt ist, und daß die Ausleuchtung
des kleinen Bereichs (ABCD) eines jeden Hologramms mit einem solchen auftreffenden Strahl
erfolgt, daß der Strahl nach Durchgang durch das Hologramm zu einem Punkt auf der Brennlinie
konvergiert, und daß zur Erzielung einer zweidimensionalen Abtastung das das Hologramm beleuchtende
System (19, 32, 34) ebenfalls, und zwar mit geringerer Geschwindigkeit, um die gleiche Rotationsachsedrehbarist
2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hologrammträger ein
Hohlzylinder und das denselben ausleuchtende optische System eine axial bestrahlte Zylinderlinse
und einen nachfolgend angeordneten Umlenkspiegel aufweist.
3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsfläche
ein konzentrisch zum Hologrammträger angeordneter zylindrischer Aufzeichnungs- bzw. Speicherplatzträger
(40) ist.
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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