DE3146766A1

DE3146766A1 - Optisches tastverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE3146766A1
Application number: DE19813146766
Authority: DE
Inventors: Randy J. 85020 Phoenix Ariz. Sherman
Original assignee: Lincoln Laser Co
Current assignee: Lincoln Laser Co
Priority date: 1981-05-28
Filing date: 1981-11-25
Publication date: 1982-12-16
Also published as: CA1164695A; JPS57196270A; US4388651A; GB2102141A; GB2102141B; IT1144522B; IT8149872A0

Description

1A-37OO
1534-A-1

LINCOLN LASER CO. Phoenix, Arizona, USA

Optisches Tastverfahren und Vorrichtung zur Durchführung

desselben

Die Erfindung betrifft ein optisches Tastverfahren und eine optische Tastvorrichtung, welche aus einem kollimierten Lichtstrahl einen Ausgangstaststrahl erzeugen.

Optische Systeme zur Umwandlung eines kollimierten Lichtstrahls in einen Rastertaststrahl sind bekannt. Sie sind jedoch allgemein entweder durch eine beträchtliche Komplexität oder durch ein beschränktes Betriebsverhalten gekennzeichnet. Einige der leistungsfähigeren, herkömmlichen Systeme machen von einer Vielzahl rotierender Spiegel Gebrauch mit einer großen Anzahl von rund um die Drehachse verteilten Facetten. Zur Erzielung der erfor-

derlichen hohen Abtastrate und Abtasteffizienz sind Polygonspiegel mit einem relativ großen Durchmesser erforderlich, welche eine Vielzahl von Facetten aufweisen. Diese müssen mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden. Aufgrund der Beschränkungen hinsichtlich der Festigkeit der Lager und aufgrund der Schwierigkeiten der Erzielung eines dynamischen Gleichgewichts konnte man bisher keine Tasteinrichtung mit einem einzigen Polygonspiegel herstellen, deren Spiegel mit einer derart hohen Drehzahl gedreht werden kann, daß sich die Einrichtung für Fernsehrastertastzwecke eignet.

Eines der herkömmlichen Systeme ist in der US-PS 3 782 beschrieben. Dieses Patent beschreibt eine Tasteinrichtung mit einem flachen Spiegel und mit einem pyramidalen Spiegel mit einer Vielzahl von Facetten, welcher in einer vertikalen Ebene gedreht wird, sowie einen Polygonspiegel mit einer Vielzahl von Facetten, welcher in einer horizontalen Ebene gedreht wird, und schließlich ein Paar kugelförmiger Spiegel. Der Pyramidalspiegel und der Polygonspiegel werden durch gesonderte Motoren mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben. Sie müssen präzise synchronisiert werden, um das gewünschte Rastertastbild zu erhalten. Der pyramidale Spiegel dreht sich mit einer relativ langsamen Drehzahl und sorgt für die vertikale Ablenkung. Der Polygonspiegel dreht sich mit einer relativ hohen Drehzahl und sorgt für die horizontale Ablenkung .

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein optisches Tastverfahren zu schaffen, welches einen Taststrahl auf ein Objekt oder einen Schirm projiziert und welches nur einen einzigen rotierenden Polygonspiegel anit einem kleinen Durchmesser erfordert und welches dennoch zu einer beträchtlich erhöhten Tasteffizienz führt, und zwar dadurch, daß ein Eingangslichtstrahl zwei gesonderte Male von den

Polygonspiegel-Facetten reflektiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein optisches Tastverfahren zu schaffenj welches ein Rasterbild auf einen Schirm projiziert und welches einen rotierenden Polygonspiegel verwendet zur Erzeugung der horizontalen Ablenkung für das Rasterbild sowie einen oszillierenden, durch ein Galvanometer angetriebenen Planarspiegel zur Erzeugung der Vertikalablenkung des Rasterbildes, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens»

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein optisches Tastverfahren zu schaffen, welches einen Taststrahl auf einen Schirm projiziert und einen optischen Modulator zur Änderung der Intensität des Lichtstrahls aufweist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein optisches Tastverfahren zu schaffen, welches auf einem großdimensionierten Schirm entweder ein monochromatisches Bild oder ein Farbfernsehbild zu erzeugen vermag, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche kompakt ist sowie tragbar und weniger kostenaufwendig als herkömmliche Systeme..

Die erfindungsgemäße Tasteinrichtung umfaßt einen optischen Taster, welcher einen Eingangslichtstrahl empfängt und diesen auf einen rotierenden Spiegel richtet, und zwar auf eine erste Position unter Erzeugung eines ersten reflektierten Ausgangstaststrahls. Eine erste reflektierende Fläche ist derart ausgerichtet, daß sie den ersten Ausgangstaststrahl empfängt und einen zweiten reflektierten Ausgangstaststrahl erzeugt. Der zweite reflektierte Ausgangstaststrahl wird über ein erstes schwenkbares, optisches Scheitelglied zurück zum rotierenden Spiegel

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gerichtet unter Erzeugung eines winkelmäßig verstellten AusgangsStrahls, welcher eine erste Ebene .abtastet. Zur Erzeugung eines zweidimensionalen Rasterstrahls für Fernsehzwecke oder andere Zwecke wird der winkelmäßig verstärkte Ausgangsstrahl in einer zweiten Ebene abgelenkt, welche senkrecht zur ersten Ebene ausgerichtet ist. Dann wird der Strahl auf einen Schirm oder ein anderes Objekt projiziert unter Erzeugung eines Rasterbildes entsprechend dem Videoeingangssignal. Die Ausführungsform der Erfindung, mit der eine Fernsehbildprojektion vorgenommen werden kann, umfaßt einen optischen Modulator, welcher die Intensität des Eingangslichtstrahls entsprechend der Intensität der Videosignalkomponente eines zusammengesetzten Videosignals moduliert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen optischen Tastgeräts;

Fig. 2 eine Seitenansicht des optischen Tastgeräts gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einzelner Bauteile des optischen Tastgeräts der Erfindung unter Veranschaulichung der Reflexion des kollimierten Eingangsstrahls durch den rotierenden Polygonspiegel auf die erste reflektierende Fläche und von dort über ein · Prisma auf eine hintere Facette des rotierenden Spiegels;

Fig. 4a den rotierenden Polygonspiegel der Erfindung in einer Stellung, in der der Eingangsstrahl soeben beginnt, über die Vorderkante der Spiegelfacette zu wandern;

Fig. 4B eine Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 4A, wobei der Eingangsstrahl sich etwa in der Mitte der Spiegelfacette befindet;

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Fig. 4C eine Ansicht derjenigen der Fig. 4A, wobei der Einfallstrahl das Ende der Spiegelfacett'e erreicht hat;

Fig. 5 A eine Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 4a, wobei die Reflexion eines einzigen Lichtstrahls von einer hinteren Spiegelfacette gezeigt ist;

Fig. 5B eine Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 4B, wobei die Reflexion eines einzelnen Lichtstrahls von einer hinteren Facette des Spiegels gezeigt ist, wenn der Spiegel sich in einer Drehposition befindet, die gegenüber der Drehposition der Fig. 4B etwas voreilt;

Fig. 5C eine Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 4C, welche die Reflexion eines einzigen Lichtstrahls von einer hinteren Facette des Polygonspiegels zeigt, und zwar in einer Position, in der der Eingangsstrahl das Ende einer Vorderfacette des Polygonspiegels erreicht hat;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Farbversion des erfindungsgemäßen Geräts;und

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer elektronischen Synchronisationsschaltung für die Erfindung»

In der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 ist eine Quelle für kollimiertes Licht vorgesehen, z.B. ein Laser oder eine äquivalente Einrichtung, welche einen Eingangsliehtstrahl 10 erzeugt. Der Lichtstrahl 10 wird in bezug auf die optische Tasteinrichtung ausgerichtet, indem man ihn durch eine Blendenvisiervorrichtung 12 schickt. Der Lichtstrahl 10 wird durch einen Spiegel 14 vertikal abwärtsgelenkt und gelangt zu einem optischen Modulator 16, welcher die Intensität des Lichtstrahls moduliert, und zwar entsprechend der Intensität eines Videosignals, wie es in einem herkömmlichen Fernsehempfänger oder einem Fernsehsystem mit einem geschlossenen Kreis auftritt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Modulator 16 gemäß Intra-Action Corp. Bellwood,

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Illinois, verwendet. Ein solcher Modulator wird unter der Bezeichnung Model No. AOM-70 vertrieben. Der akustische, optische Modulator 16 erzeugt zwei signifikante, winkelmäßig versetzte, optische Ausgangssignale. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Maske 17 gemäß Fig. 1 positioniert, um das Ausgangssignal nullter Ordnung des Modulators 16 zu blockieren. Die Arbeitsweise dieses akusto-optischen Modulators wird im einzelnen in Verbindung mit. Fig. 7 erläutert. Andere Arten von optischen Modulatoren, z.B. elektro-optische Modulatoren, können ebenfalls zur Modulierung des Lichtstrahls 10 verwendet werden.

Das modulierte optische Ausgangssignal des Modulators 16 wird mit Hilfe eines Spiegels 18 in eine horizontale Ebene umgelenkt. Spiegel 20 und 22 lenken den modulierten Lichtstrahl zur Eingangsblende eines Teleskopobjektivs 24. Das Teleskopobjektiv 24 und eine positive Linse 26 wirken als Strahl-Expansionseinrichtung zur Expansion des Durchmessers des modulierten Lichtstrahls. Durch eine positive Linse 28 wird dieser expandierte Lichtstrahl geringfügig konvergiert. Der konvergierte, modulierte Lichtstrahl wird auf einen Polygonspiegel 30 mit einer Vielzahl von Facetten gerichtet. Der Polygonspiegel 30 umfaßt vierundzwanzig Facetten, deren jede eine Länge von 0,266 Zoll aufweist. Der Inkreis innerhalb der Facetten des Spiegels 30 hat einen Durchmesser von 2,02 Zoll. Ein solcher Polygonspiegel wird von der Lincoln Laser Co., Phoenix, Arizona, unter der Bezeichnung Model No. PO-24-202-037 vertrieben.

Der Polygonspiegel 30 ist mit der Ausgangswelle eines elektrischen Synchronmotors hoher Drehzahl verbunden,der sich in einem Motorgehäuse 32 befindet. Die gesamte"Anordnung aus Motor, Motorgehäuse und Polygonspiegel ist

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in bezug auf die vertikale Achse des optischen Tastgeräts um einen Winkel von etwa 5° geneigt.

Zur Erzeugung der gewünschten Horizontal-Ablenkrate von 15 750 Hz muß der Polygonspiegel mit 1/24 der Rate, die 656,25 U/sec entspricht oder 39 375 U/min, gedreht werden. Die erforderliche hohe Drehzahl und die hohe Lagerstabilität liegen bei einer Elektromotor-Anordnung vor, welche von der Lincoln Laser Companys, Phoenix, Arizona, unter der Bezeichnung Model No. 225 XLIM vertrieben wird.

Im folgenden wird auf die Fig. 3* 4 und 5 Bezug genommen. Der auf die Facetten des Spiegels 30 fallende, modulierte Lichtstrahl wird als Ergebnis des Neigungswinkels des Motorgehäuses 32 nach außen und abwärts reflektiert, und zwar auf eine erste reflektierende Fläche in Form eines Kugelspiegelabschnitts 34. Der Kugelspiegelabschnitt 34 bildet einen Teil eines vollständigen Kugelspiegels, dessen zentraler Bereich den Durchtritt des modulierten Lichteingangsstrahls von der Linse 28 zum Polygonspiegel 30 verhindern würde. Dies erfordert somit die Entfernung des oberen 1/32 Zoll-Bereichs der unteren Hälfte des sphärischen Spiegels. Die vertikale Achse des sphärischen Spiegels 34 ist parallel zur vertikalen Achse des Videoanzeigegeräts der Erfindung ausgerichtet. Der modulierte Lichteingangsstrahl wird von den Facetten des Polygonspiegels 30 reflektiert und tastet über den oberen Flächenbereich des Kugelspiegelabschnitts 34. Dieser erste reflektierte Taststrahl wird mit 36 bezeichnet.

Der Kugelspiegel 34 empfängt den ersten reflektierten Taststrahl 36 und erzeugt einen zweiten reflektierten Taststrahl 38, welcher durch einen mit 40 bezeichneten ersten Schwenkscheitelpunkt fällt, wobei dieser Schwenkscheitelpunkt durch den Krümmungsradius der ersten reflektierten Fläche 34 definiert ist. Ein Umlenkelement

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oder Richtelement in Form eines Prismas oder eines Paars von geneigten Spiegeln 42 ist derart positioniert, daß es den zweiten reflektierten Taststrahl 38 nach dessen Durchgang durch den ersten Schwenkscheitelpunkt 40 empfängt und diesen Lichtstrahl anhebt und zurück auf die hinteren Facettenflächen des Spiegels 30 richtet. Die Reflexion des zweiten reflektierten Taststrahls 38 von einer hinteren Spiegelfacette erzeugt einen Ausgangsstrahl 44 mit verstärker Winkelauslenkung. Dieser Taststrahl wird in einer einzigen Ebene abgelenkt und entspricht der horizontalen Rastertastung. Der winkelmäßig verstärkte Ausgangsstrahl 44 erfährt eine Winkelablenkung mit einer Geschwindigkeit, welche wesentlich größer ist als die Geschwindigkeit der Ablenkung des ersten reflektierten Strahls oder des zweiten reflektierten Strahls,

Im folgenden soll das Phänomen der Winkelverstärkung anhand der Fig. 4 und 5 im einzelnen erläutert werden. Es soll zunächst darauf hingewiesen werden, daß die mit 46 bezeichnete Auftreffstelle des Einfallslichtstrahls auf der vorderen Spiegelfacette des Spiegels 30 sich entlang der Länge der Facette bewegt, während der Spiegel gedreht wird, da der Einfallslichtstrahl eine im Raum fixierte Position beibehält, während der Spiegel sich dreht. In Fig. 4A befindet sich die Auftreffstelle 46 an der Vorderkante einer vorderen Facette. In Fig. 4B liegt die Auftreffstelle 46 in der Mitte der vorderen Facette. In Fig. 4C liegt die Auftreffstelle 46 am Ende der vorderen Facette. Die Position der Auftreffstelle 48 auf der hinteren Facette des Spiegels 30 behält andererseits eine relativ konstante Position in der Nähe des Mittelpunkts der hinteren Facette. Somit folgt mit anderen Worten die Auftreffstelle 48 der Drehbewegung der hinteren Facette, und man erhält aufgrund der beschriebenen Verhältnisse einen winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahl

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44. In den Fig. 5 A und 5C bezeichnet das Bezugszeichen 50 den virtuellen Schwenkscheitelpunkt des winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls 44.

Der winkelmäßig verstärkte Ausgangsstrahl 44 wird von der hinteren Facette des Spiegeln 30 reflektiert und auf eine Fokussiereinrichtung gerichtet, welche in Form einer zweiten reflektierenden Fläche eines kugelförmigen Spiegelabschnitts 52 vorliegt. Diese ist parallel zur ersten reflektierenden Fläche 34 angeordnet. Der reflektierte Ausgangsstrahl der zweiten reflektierenden Fläche 52 wird durch einen Spiegel 54 vertikal nach oben gerichtet, und zwar auf einen planaren Spiegel 56 mit einem Durchmesser von 1/4 Zoll. Letzterer wird gemäß der Doppelpfeillinie 58 durch eine Galvanometer-Bewegung hin- und herbewegt, wie weiter unten näher erläutert werden soll. Der Spiegel 56 befindet sich an einem zweiten Schwenkscheitelpunkt, welcher definiert ist durch die Krümmung der zweiten reflektierenden Fläche 52. Der Ort des Spiegels 56 an diesem Schwenkscheitelpunkt gestattet es, die Gesamtabmessung des Spiegels 56 extrem klein zu machen. Dies führt zu einer extrem geringen Masse» des Systems, so daß der Spiegel leicht durch eine Galvanometer-Bewegung abgelenkt werden kann. Die durch die Pfeillinie angedeutete Ablenkbewegung führt zu einer vertikalen Ablenkung oder Y-Achsen-Ablenkung des Rastertaststrahls. Der Brennpunkt des vom Spiegel 56 reflektierten Lichtstrahls ist derart gewählt, daß er an oder in der Nähe der Oberfläche des Schirms liegt, auf den das Rasterbild projiziert werden soll.

Herkömmliche optische Tastsysteme mit rotierenden Polygonspiegeln waren bisher nicht in der Lage, Fernsehrasterbilder wiederzugeben, und zwar aufgrund mechanischer Beschränkungen, welche die maximale Drehgeschwindigkeit des

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Polygonspiegels beschränken. Man konnte daher nicht die erforderliche hohe Drehzahl und die erforderliche' 90%ige Tasteffizienz erzielen. Polygonspiegel mit den Abmessungen des in der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung verwendeten Polygonspiegels sind im Handel erhältlich und können mit einer Drehzahl von 40 000 U/min'gedreht werden. Diese Drehzahl ist erforderlich für die Wiedergabe eines Fernsehrasterbildes. Das herkömmliche Verfahren der Reflexion eines Lichtstrahls von nur einer einzigen Facette eines rotierenden Polygonspiegels mit kleinem Durchmesser erlaubt jedoch nur eine Tasteffizienz von etwa 75%. Dies ist für die Erfordernisse der Fernsehrasterwiedergabe unzureichend. Eine 75%ige Tasteffizienz führt dazu, daß das Fernsehrasterbild in der horizontalen Ebene komprimiert und verzerrt ist, da die Punkte, welche das Rasterbild wiedergeben sollen, einander überlappen anstatt die erforderliche nichtüberlappende Nebeneinanderlage zu haben.

Der in Fig. 5C mit 80 bezeichnete Doppelpfeil deutet den Ablenkungswinkel des zweiten reflektierten Tastausgangssignals an, welches nach der Reflexion von nur einer einzigen Facette des Drehspiegels 30 erzeugt wird. Der Doppelfpeil 82 deutet den Ablenkungswinkel des winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls 44 an, welcher ein zweites Mal von der hinteren Fläche des Spiegels 30 reflektiert wird. Der beträchtlich vergrößerte Ablenkungswinkel des winkelmäßig verstärkten AusgangsStrahls führt dazu, daß dieser winkelmäßig verstärkte Ausgangsstrahl über einen wesentlich längeren horizontalen Weg des Schirms bewegt wird. Man erzielt auf diese Weise die 90% Tasteffizienz, welche erforderlich ist zur Wiedergabe eines unkomprimierten, nichtverzerrten Bildes auf einem Schirm. Diese nichtverzerrte Abbildung besteht aus einer Vielzahl von Punkten, die nebeneinanderliegen und sich nicht überlappen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung führen zu einem winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahl , und zwar unter Verwendung eines Polygonspiegels mit kleinem Durchmesser, welcher eine Drehzahl von 40 000 U/min haben kann. Damit erhält man eine horizontale Rasterabtastlinie mit der erforderlichen Länge. Somit wird durch die erfindungsgemäße Anordnung ein rotierender Polygonspiegel mit kleinem Durchmesser äquivalent einem Polygonspiegel mit beträchtlich größerem Durchmesser und wesentlich längeren Facetten? welcher aufgrund der mechanischen Beschränkungen nicht mit der Drehzahl von 40 000 U/min rotieren kann.

Die bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendete erste reflektierende Fläche 34 wird von Melles Girot Company, Irvine, Kalifornien, unter der Bezeichnung Model No. 01 MCG 023 vertrieben. Die erste reflektierende Fläche 34 befindet sich etwa 1 3A Zoll von der nächstgelegenen Facette des Spiegels 30. Die zweite reflektierende Fläche 52 wird von der Melles Girot Company unter der Bezeichnung Model No. 01 MCG 027 vertrieben. Die zweite reflektierende Fläche 52 ist etwa 3 3/4 Zoll von der nächstgelegenen Spiegelfacette des Spiegels 30 entfernt. Die gesamte Länge des optischen Pfades zwischen der zweiten reflektierenden Fläche 52 und dem Spiegel 56 beträgt etwa 7 1/4 Zoll. Der Spiegel 56 wird durch ein optisches Galvanometer-Tastgerät angetriebes, welches durch General Scanning Inc., Watertown, Massachusetts, unter der Bezeichnung Model Nr. G 100 PD vertrieben wird. Diese Einrichtung wird durch eine Servosteuereinrichtung angetrieben, welche ebenfalls von General Scanning, Inc. unter der Bezeichnung Model No. CCX-100 vertrieben wird. Die Fig. 1 und 2 sind maßstabsgerecht gezeichnet. Daher können andere geometrische Abmessungen und Relationen, die nicht speziell erwähnt sind, direkt aus diesen Figuren entnommen werden.

Im folgenden soll anhand der Fig. 7 die vertikale und horizontale Synchronisation der mechanischen Elemente erläutert werden. Ein zusammengesetztes Videosignal, das eine Videokomponente umfaßt sowie ein horizontales Synchronisationssignal und ein vertikales Synchronisationssignal, gelangt in eine übliche Synchronisationssignaltrennschaltung 60. Das Videoausgangssignal der Synchronisationstrennschaltung 60 wird in einen herkömmlichen akustooptischen Modulator 16 eingekoppelt. Das vertikale Synchronisationssignal des Synchronisationssignal-Trenngeräts 60 wird dem im Handel erhältlichen Galvanometerantrieb zugeführt, welcher das Galvanometer für die Ablenkung des Spiegels 56 antreibt.

Die Synchronisationssignal-Trennschaltung 60 stellt auch das horizontale Synchronisationssignal bereit, welches dem Eingang einer Motorsynchronisationsschaltung 64 zugeführt wird. Fig. 2 zeigt, daß ein unmodulierter Anteil des Eingangslichtstrahls 10 von der Eingangsoptik der Erfindung abgetrennt wird und gegen die rotierenden Facetten des Spiegels 30 gerichtet ist, wie durch 66 angedeutet. Ein optischer Detektor 68 ist hinter einer nichtgezeigten Messerkante angeordnet und erfaßt den Lichtstrahl, der von der Facettenkante des Spiegels 30 reflektiert wird. Dieses Ausgangssignal des Facettensynchronisationsdetektors gelangt zu einem anderen Eingang der Motorsynchronisationsschaltung 64, welche ein> Motorsynchronisationsausgangssignal liefert, das die Drehzahl und den Phasenwinkel für den Motorantrieb des Polygonspiegels 30 steuert.

Bisher wurde davon ausgegangen, daß die Lichtquelle für den kollimierten Lichtstrahl oder die Laserquelle zu einem monochromatischen Lichtstrahl führt und daß der Ausgangslichtstrahl ein Rasterbild auf einem Schirm erzeugt,

welches aus verschiedenen Intensitäten des monochromatischen Ausgangssignals des Lasers besteht. Um jedoch auf einem Schirm ein Vollton-Rasterbild zu erzeugen, muß man einen Laser mit einer Vielzahl von monochromatischen Ausgangssignalen unterschiedlicher Farbe verwenden, z.B. einen Kryptonlaser gemäß Fig. 6. Eine Vielzahl von dichroischen Filtern (Zwei-Farben-Filtern), welche allgemein mit 70 bezeichnet sind, dient dazu, unterschiedliche Ausgangsstrahlen mit je einer einzigen Farbe aus dem Laserausgangsstrahl herauszufiltern. Sodann wird jedes gefilterte, monochromatische Signal mit je einem gesonderten, modulierten, akusto-optischen Modulator 72 moduliert und erhält somit die richtige Farbintensitätsinformation. Die modulierten Ein-Farben-Ausgangssignale des akusto-optischen Modulators 72 gelangen sodann in dichroische Reflektoren, und sie werden hier rekombiniert unter Erzeugung eines Farbausgangssignals 74, das sodann in der oben beschriebenen Weise dem Eingang des Teleskopobjektivs 24 zugeführt wird. Von dieser Stelle an ist der Betrieb einer Farbversion der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform identisch.

Es sind zahlreiche Abwandlungen der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, wobei .unterschiedliche Komponenten und unterschiedliche Anordnungen gewählt werden können. Zum Beispiel könnte ein vergleichsweise breiter Spiegel an der mit 76 bezeichneten Stelle angeordnet werden und mit einem Galvanometer aufwärts und aLwärts abgelenkt werden zur Erzeugung der vertikalen Ablenkung des· optischen AusgangsStrahls der optischen Tasteinrichtung der Erfindung. Dieser mit einem Galvanometer abgelenkte Spiegel müßte breiter sein als der Spiegel 56, da er nicht in einem optischen Scheitelpunkt positioniert

ist. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann anstelle der kugelförmigen Spiegelabschnitte"34 und 52 der Fig. 1 und 2 je eine Linse angeordnet sein.

Es wurde zwar festgestellt, daß das Betriebsverhalten optimal ist, wenn man den zweiten reflektierten Taststrahl auf eine hintere Facette des Spiegels 30 richtet. Die optische Tasteinrichtung der Erfindung ist jedoch auch voll funktionstüchtig, wenn man den zweiten reflektierten Taststrahl zurück zur gleichen Spiegelfacette richtet, welche den ersten reflektierten Taststrahl erzeugt hat, oder auf irgendeine andere der Spiegelfacetten, welche rund um den Umfang des Spiegels 30 angeordnet sind. Wenn man den zweiten reflektierten Taststrahl zurück zur gleichen Spiegelfacette richtet, welche den ersten reflektierten Taststrahl erzeugt hat, so muß man den vom zweiten reflektierten Taststrahl zurückgelegten, optischen Pfad verlängern, und zwar durch die Reflexion mit einer Vielzahl von ebenen Spiegeln oder deren optischen Äquivalenten, derart, daß der erste Schwenkscheitel gebildet wird, bevor dieser Strahl von der gleichen Spiegelfacette reflektiert wird. Der Grad der Winkelverstärkung, welcher erzielbar ist, wird durch die jeweilige Spiegelfacettenrelation beeinflußt. Es wurde festgestellt, daß die größte Winkelverstärkung erreicht werden kann, wenn man den zweiten reflektierten Taststrahl auf die hintere Facette richtet, welche der vorderen Facette des Spiegels 30 entgegengesetzt ist.

Vorstehend wurde die erfindungsgemäße optische Tasteinrichtung anhand eines Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem auf einem Schirm ein Fernsehrastertastbild erzeugt werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann jedoch auch dazu dienen, die Oberfläche eines Gegenstandes abzutasten, z.B. die Oberfläche eines Silicium-

chips, einer gedruckten Schaltung oder verschiedener anderer Oberflächen zum Zwecke der Qualitätskontrolle. Bei diesen Anwendungen wird ein nichtmodulierter Lichtstrahl über die Oberfläche den zu prüfenden Gegenstandes abgelenkt und ein optischer Letektor wird derart angeordnet, daß er den von der Oberfläche reflektierten Lichtstrahl empfängt.

Der mit dem erfindungsgemäßen optischen Tastgerät erzeugte Lichtstrahl wird, wie beschrieben, in horizontaler Ebene abgelenkt. Die vertikale Ablenkung kann entweder durch eine Galvanometerbewegung in der oben beschriebenen Weise erfolgen oder alternativ dadurch, daß man den zu untersuchenden Gegenstand auf einer vertikalen Bühne befestigt, welche entweder inkrementell oder kontinuierlich verschoben wird, und zwar in bezug auf den horizontal abgelenkten Ausgangsstrahl der optischen Tasteinrichtung.

Claims

Patentansprüche

Optische Tasteinrichtung, gekennzeichnet durch

(a) einen rotierenden Spiegel (30) mit einer Vielzahl von Facetten rund um die Rotationsachse des Spiegels;

(b) eine Einrichtung (14-28), welche einen Eingangs licht strahl empfängt und auf die rotierenden Spiegelfacetten richtet, und zwar in einer ersten Position zur Erzeugung eines ersten reflektierten Taststrahls (36);

(c) eine erste reflektierende Fläche (34), die den ersten reflektierten Taststrahl empfängt und einen zweiten reflektierten Taststrahl (38) bildet^ und

(d) eine Einrichtung (42), welche den zweiten reflektierten Taststrahl (38) der ersten reflektierenden Fläche (34) über einen ersten Schwenkscheitelpunkt (40) zurück auf die rotierenden Spiegelfacetten wirft unter Erzeugung eines winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls, welcher in einer ersten Ebene tastet.

2. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (56) zum Empfang des wirikelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls und zur Ablenkung desselben in einer zweiten Ebene, welche gegen die erste Ebene geneigt ist.

3. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinrichtung (52), die den winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahl über einen zweiten Schwenkscheitelpunkt empfängt und umlenkt.

4. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ebene senkrecht zur ersten Ebene steht.

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5. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (56) ein Galvanometer umfaßt.

6. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung (52) eine zweite reflektierende Oberfläche aufweist.

7. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Fläche einen kugelförmigen Spiegel oder Hohlspiegel umfaßt.

8. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ebene senkrecht zur ersten Ebene steht.

9. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung ein Galvanometer umfaßt und im zweiten Schwenkscheitelpunkt positioniert ist.

10. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung (42) den zweiten reflektierten Taststrahl zurück auf die rotierenden Spiegelfacetten in der ersten Position lenkt.

11. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung den zweiten reflektierten Taststrahl zurück auf die rotierenden Spiegelfacetten einer zweiten Position, die von der ersten Position getrennt ist, lenkt.

12. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Spiegels in bezug auf die vertikale Achse der ersten reflektierenden Fläche geneigt ist.

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13. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Taststrahl in den Raum unterhalb des rotierenden Spiegels fällt, wobei die Umlenkeinrichtung den ersten Taststrahl in bezug auf den Spiegel mit Hilfe von reflektierenden Flächen anhebt und reflektiert.

14. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung ein Prisma umfaßt.

15· Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfacetten in gleichen Umfangsintervallen angeordnet sind.

16. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallslichtstrahl einen kollimierten Lichtstrahl eines Lasers umfaßt.

17. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Pfad des Lichtstrahls eine Einrichtung zur Modulation der Intensität des Lichtstrahls entsprechend der Intensität eines Videosignals angeordnet ist.

18. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (56) zum Empfangen des winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls und zur Ablenkung desselben in einer zweiten Ebene, welche senkrecht zur ersten Ebene steht.

19. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Synchronisationseinrichtung, die mit dem rotierenden Spiegel gekoppelt ist sowie mit der

Ablenkeinrichtung für die Erfassung der horizontalen Synchronisationssignale und vertikalen Synchronisätionssignale eines zusammengesetzten Videoeingangssignals und zur Synchronisation des rotierenden Spiegels und der Ablenkeinrichtung, derart, daß der Ausgangsstrahl der Ablenkeinrichtung gemäß einem zweidimensionalen Rastermuster tastet.

20. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallslichtstrahl einen kollimierten Lichtstrahl eines Lasers umfaßt.

21. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung ferner eine Einrichtung zur Fokussierung des winkelmäßig verstärkten AusgangsStrahls auf einen Schirm umfaßt, welcher sich in einem Abstand >n der optischen Tasteinrichtung befindet.

22. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung einen sphärischen Spiegel oder Hohlspiegel umfaßt.

23- Optische Tasteinrichtung zur Projektion eines Rasterbildes entsprechend der Videokomponente eines zusammengesetzten Videosignals auf einen Schirm, gekennzeichnet durch

(a) einen rotierenden Spiegel mit einer Vielzahl von Facetten rund um die Drehachse des Spiegels;

(b) eine Einrichtung zum Empfang eines Eingangslichi Strahls und zur Modulation der Intensität des Lichtstral Is entsprechend der Intensität des Videosignals;

(c) eine Einrichtung zur Umlenkung des modulierten T.ichtstrahls auf die rotierenden Spiegelfacetten in

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einer ersten Position zur Erzeugung eines ersten reflektierten Taststrahls;

(d) eine erste Reflexionsflache, welche derart ausgerichtet ist, daß sie den ersten reflektierten Taststrahl empfängt und einen zweiten reflektierten Taststrahl bildet;

(e) eine Einrichtung zur Umlenkung des zweiten reflektierten Taststrahls von der ersten reflektierenden Fläche über einen ersten Schwenkscheitelpunkt zurück auf die rotierenden Spiegelfacetten unter Erzeugung eines winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls, welcher in einer ersten Ebene tastet; und

(f) eine Einrichtung zur Empfang des winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls, zur Ablenkung des Strahls in einer zweiten Ebene, welche senkrecht zur ersten Ebene steht,und zur Projektion dieses Strahls auf den Schirm unter Erzeugung des dem Videosignal entsprechenden Rasterbildes.

24. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine zwischen der Modulationseinrichtung und dem Spiegel positionierte Einrichtung zur Konvergierung des Eingangslichtstrahls.

25» Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Synchronisationseinrichtung, die mit dem rotierenden Spiegel und der Ablenkeinrichtung gekoppelt ist und das horizontale Synchronisationssignal und das vertikale Synchronisationssignal des zusammengesetzten Videoeingangssignals erfaßt und den rotierenden Spiegel und die Ablenkeinrichtung synchronisiert, so daß auf dem Schirm ein Rastertastmuster entsteht.

26. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinrichtung zum Empfang und zur Umlenkung des winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls über einen zweiten Schwenkscheitelpunkt.

27. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung eine zweite reflektierende Fläche umfaßt.

28. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite reflektierende Fläche eine Kugelspiegelfläche oder einen Hohlspiegel umfaßt,

29· Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung ein Galvanometer umfaßt und in dem zweiten Schwenkscheitelpunkt angeordnet ist.

30. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung den zweiten reflektierten Taststrahl zurück auf die rotierenden Spiegelfacetten, jedoch in einer zweiten Position, welche von der ersten Position getrennt ist, richtet.

31. ' Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse des Spiegels in bezug auf die vertikale Achse der ersten reflektierenden Einrichtung geneigt ist.

32. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung Reflexionseinrichtungen zur Anhebung und Reflexion des ersten Taststrahls in bezug auf den Spiegel umfaßt.

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33. Optische Tasteinrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung ein Prisma umfaßt.

34. Verfahren zur Erzeugung eines optischen Tastausgangssignals unter Verwendung eines rotierenden Spiegels mit einer Vielzahl von Facetten, welche rund um die Rotationsachse des Spiegels angeordnet sind_s dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) einen einfallenden Lichtstrahl auf die rotierenden Spiegelfacetten in einer ersten Position richtet unter Bildung eines ersten reflektierten Taststrahls;

(b) den ersten reflektierten Taststrahl unter Bildung eines zweiten reflektierten Taststrahls umlenkt;

(c) den zweiten reflektierten Taststrahl über einen ersten Schwenkscheitelpunkt zurück auf die rotierenden Spiegelfacetten lenkt unter Erzeugung eines winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls, welcher in einer ersten Ebene tastet.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß man den winkelmäßig verstärkten Lichtstrahl in einer in bezug auf die erste Ebene geneigten Ebene ablenkt.

36. Verfahren nach Anspruch 35» dadurch gekennzeichnet, daß man den winkelmäßig verstärkten Ausgangslichtstrahl fokussiert und über einen zweiten Schwenkscheitelpunkt ablenkt, ehe er in der zweiten Ebene abgelenkt wird.

37· Verfahren nach Anspruch 35» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ebene senkrecht zur ersten Ebene steht.

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38. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tastausgangsstrahl zurück zu den rotierenden Spiegelfacetten in der ersten Position gerichtet wird.

39. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten reflektierten Taststrahl zurück zu den rotierenden Spiegelfacetten richtet, jedoch auf eine zweite Position, welche von der ersten Position getrennt ist.

40. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der einfallende Lichtstrahl einen Strahl kollimierten Lichtes umfaßt.

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der einfallende Lichtstrahl empfangen wird und in seiner Intensität entsprechend der Intensität eines Videosignals moduliert wird, ehe er auf die rotierenden Spiegelfacetten gerichtet wird.

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß man den winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahl in einer zweiten Ebene ablenkt, welche zur ersten Ebene senkrecht steht.

43· Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß man den rotierenden Spiegel und die Ablenkung des winkelmäßig verstärkten Lichtstrahls mit Hilfe des horizontalen Synchronsignals und des vertikalen Synchronsignals des zusammengesetzten Videoeingangssignals synchronisiert, so daß der abgelenkte, winkelmäßig verstärkte Ausgangsstrahl in einem zweidimensionalen Rastermuster tastet. .

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44o Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß man die Intensität des einfallenden Lichtstrahls entsprechend der Intensität der Videokoirronente des zusammengesetzten Videosignals moduliert.

45· Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß man den winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahl fokussiert und über einen zweiten Schwenkscheitelpunkt ablenkt, bevor der Strahl in der zweiten Ebene abgelenkt wird.

46. Optische Tasteinrichtung zur Projektion eines Rasterbildes, welches der Videokomponente eines zusammengesetzten Fernsehvideosignals entspricht, auf einen großdimensionierten Schirm, gekennzeichnet durch

(a) einen rotierenden Spiegel mit einer Vielzahl von Facetten, die in gleichen Umfangsabständen rund um die Rotationsachse des Spiegels angeordnet sind;

(b) eine Einrichtung zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahls;

(c) einen optischen Modulator, welcher im Pfad des kollimierten Lichtstrahls angeordnet ist und die Intensität des Lichtstrahls entsprechend der Intensität des Videosignals moduliert;

(d) eine Einrichtung zur Umlenkung des modulierten Lichtstrahls auf die rotierenden Spiegelfacetten in einer ersten Position unter Erzeugung eines ersten reflektierten Taststrahls;

(e) einen ersten Hohlspiegelabschnitt, welcher derart angeordnet ist, daß er den ersten reflektierten Taststrahl empfängt und einen zweiten reflektierten Taststrahl bildet;

(f) ein Prisma, welches derart positioniert ist, daß es den zweiten reflektierten Taststrahl des ersten Hohlspiegelabschnitts empfängt und über einen ersten

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Schwenkscheitelpunkt zurück auf die rotierenden Spiegelfacetten reflektiert, jedoch in eine zweite Position unter Erzeugung eines winkelmäßig verstärkten Ausgangs-Strahls, welcher in einer ersten Ebene tastet.

(g) eine zweiten Hohlspiegelabschnitt zum Empfang des winkelmäßig verstärkten AusgangsStrahls und zur Umlenkung des Strahls über einen zweiten Schwenkscheitelpunkt;

(h) eine im zweiten Schwenkscheitelpunkt positionierte Einrichtung zur Ablenkung des winkelmäßig verstärkten Ausgangsstrahls in einer zweiten Ebene, welche senkrecht zur ersten Ebene steht; und

(i) eine Synchronisationseinrichtung, welche mit dem rotierenden Spiegel und der Ablenkeinrichtung gekoppelt ist und die horizontalen Synchronisationssignale und vertikalen Synchronisationssignale des zusammengesetzten Videosignals empfängt und den rotierenden Spiegel und die Ablenkeinrichtung derart synchronisiert, daß auf den Schirm ein Rasterbild projiziert wird.