Голографическое сканирующее устройство (его варианты)

Голографическое сканирующее устройство (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 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 определяется из соотношения (/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 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 поверхо S ности принадлежат одной плоскости. 2. Голографическое сканирующее устройство, содержащее источник коС герентного излучения, анаморфотную оптическую систему и голографический сканирую ций элемент с приводом вращения , отличающе 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 сканироваиия , при этом профиль границы К-го штриха дифракционной решетки определяется из соотношения Ч-|гК1,Хсо5 у t KV- k-ilioih у . -1г;/2ит,

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧКСНИХ

РЕСА)УБЛИ1-1 (19) (11) 2 А (51)4 G 02 В 26/08 — я ю1и (láãj

Х=

--ккрм к 1 . соб у - Lr,(2i< г, (21) 3563282/24-10 (22) 11.03.83 (46) 15.09.85. Бюл. ¹- 34 (72) А.Г. Седугин (71) Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР (53) 681.4(088.8) (56) Патент США Р 4076372, кл. G 02 В 27/17, 1978.

Патент ФРГ N- 2264173, кл. G 02 В 27/17, 1977. (54) ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ СКАНИРУЮ!ЦЕЕ УСТРОЙСТВО (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Голографическое сканирующее устройство, содержащее источник когерентного излучения, анаморфотную оптическую систему и голографический сканируюеий элемент с приводом вращения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения разрешающей способности и расширения функциональных возможностей путем обеспечения двухкратного сканирования за один оборот сканирующего элемента по ))частку 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-ro штриха дифракционной решетки определяется из соотношения где Х вЂ” абсцисса границы К-го штриха на развертке рабочей поверхности сканирующего элемента;

Z — ордината границы К-ro штриха;

К = 1,2,3, ... — индекс штриха; A — 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.. Голографическое сканирующее устройство, содержащее источник когерентного излучения, анаморфотную ( оптическую систему и голографический сканирующий элемент с приводом вращения, о т л и.ч а ю щ е е с я 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

1179255 где X

R з

К абсцисса границы К-го штриха на развертке рабочей поверхности сканирующего элемента; ордината границы К-ro штриха;

1,2,3, ... — индекс штриха; длина волны излучения; радиус цилиндрической поверх ности сканирующего элемента; угол падения излучения на рабочую поверхность сканирую щего элемента; радиус кривизны цилиндрического зеркала; длина линии сканирования.

Изобретение относится к оптикомеханическому приборостроению, в частности к оптическим сканирующим устройствам, и может быть использовано в устройствах для записи, считывания, преобразования и отображения информации.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и расширение функциональных возможностей. 10

На фиг. 1 представлена .схема голографического сканирующего устройства по первому варианту; на фиг. 2 то же, по второму варианту; на фиг. 3 — развертка рабочей поверх- ности сканирующего элемента.

Сканирующее устройство (фиг. 1) состоит из источника 1 когерентного излучения, анаморфотной оптической системы 2, голографического сканирующего элемента 3 с цилиндрической рабочей поверхностью и привода 4 его вращения. Рабочей поверхности сканирующего элемента придается структура оптической дифракционной решет- д5 ки, в котоПой распределение штрихов соответствует распределению зон в осевом сечении зонной пластинки Френеля. Главное сечение анаморфотной оптической системы 2 ориентируется перпендикулярно одному из положений

5 образующей рабочей поверхности, лежащему в фокальной плоскости анаморфотной системы 2.

Круговая бинарная зонная пластинка Френеля имеет структуру с чередо35 ванием прозрачных и непрозрачных кольцевых зон (зон Френеля), границы которых для параллельного пучка света,. определяются выражением

40 где К = 1,2,3, ... — индекс К-й зоны;

r — радиус К-й зоны;

F — фокусное расстояние зонной пластинки (первого дифракционного максимума);

Я вЂ” длина волны излучения, используемого для освещения пластинки.

В декартовых координатах Х, У при ппдстевавке т„= Гк„ +Y, где Хк, ӻ— расстояние от центра координат (совпадающего с центром зонной пластинки) до границы К-й зоны, выражение (1) имеет вид х +Y = КРъ+ — к 3, (2) к

Ф

Для цилиндрических зонных пластинок распределение зон Френеля определяется из (2) как (3)

Падающий на рабочую поверхность пучок световых лучей является параллельным в плоскости Р, оптическая ось анаморфотной оптической системы перпендикулярна ее фокальной плоскости, а следовательно, перпендикулярна и образующей рабочей поверхности, лежащей в фокальной плоскости анаморфотной оптической системы.

: На плоскости P выбирают декартову систему координат ОХУ так, чтобы ось

ОХ.проходила через образующую рабочей поверхности, лежащую в фокальной плоскости анаморфотной оптической системы. Траектория сканирова1179255 (4) 10

Х = R sin (7/бг)

У = R cos (Z/бг) (5) Х= — Х,aZ-=rg, (10) X(Z/r) У = y(Z/r) (6) Rein((6г), (11) (7) Х = R sin и

У = R cos В (8) ния, лежащая в плоскости Р, описываемая параметрическим уравнением где М вЂ” угловое положение сканирующего элемента °

На развертке рабочей поверхности сканирующего элемента в фокальной плоскости анаморфотной оптической системы выбирают систему координат

Ф

OXZ так, чтобы где r — радиус цилиндрической поверхности сканирующего элемента.

Выражая из (5) М и делая подстановку в (4), получают

На основании (б) в плоскости системы координат OXZ профиль границы К-й полосы (штриха) дифракционной решет.ки описывается как

35 — индекс полосы; где К = 1,2,, 0- Z(2hr

О(Х.с ; — длина сканирующего элемента.

Зависимость (7) непосредственно получается из формулы (3).

Координаты Х(/p), У(/г) эквивалентны начальному смещению Х„ и фокусному расстоянию F исходной зонной пластинки Френеля, которая обеспечивает фокусировку луча в линию, перпендикулярную плоскости P и пересекающую ее в точке с координатами X(Z/r), y(Z r)

В голографическом сканирующем устройстве в системе координат ОХУ траектория сканирования представляет собой участок окружности радиуса R (фиг. 3) и описывается параметрическим уравнением

За один оборот сканирующего элемента сфокусированный в линию световой луч дважды с линейной скоростью перемещается по поверхности сканироI) вания в пределах угла 0 < P — .

Из указанных условий

Так как 7=Еж, то из (8) и (9) для

0(Z ii r получают откуда в соответствии с (7) на развернутой в плоскости системы координат OXZ поверхности сканирующего элемента профиль границ штрихов дифракционной решетки определяется как где К = 1,2,3, 0 -Z 7ir;

0

Аналогичная структура пол чается и-: на участке 7i rZ2i

Голографическое сканирующее устройство (фиг. 2) содержит источник

1 когерентного излучения, анаморфотную оптическую систему 2, голографический сканирующий элемент 3 с цилиндрической рабочей поверхностью и привод 4 его вращения. Рабочая поверхность сканирующего элемента имеет образующую 5. Сфокусированный луч сканирует по траектории 6. Для фокусировки сканирующего светового луча до дифракционно-ограниченных точечных размеров в устройство дополнительно введены щелевая диафрагма 7, установленная 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 сканирования.

Для нормальный работы зонной пластинки в случае наклонного паде1179255

30

x(z) =,. z, 2 р г

40 (13) co5 ZI - L, Z, r Z » „

50

55 ния параллельного пучка лучей границы зон Френеля должны рассчитываться так, чтобы оптическая разность хода между световым пучком, проходящим через центр зонной пластинки, и пучком, проходящим через границу

К-й зоны Френеля, составляла бы

2 — КЯ. В устройстве фокусное расстоя10 ние F для любого участка структуры дифракционной решетки принимается равным удвоенному значению радиуса кривизны R, цилиндрического зеркала.

В этом случае в плоскости системы 15 координат OXZ профиль границы К-ro штриха дифракционной решетки описывается следующим образом

- — Kà6in+)rco6 у-x(7,), п1 (12) За один оборот сканирующего элемента луч света один раз с линейной скоростью перемещается по траектории сканирования. В соответствии с предъявляемыми требованиями при изменении ь от О до 2 i значение Z должно меняться от О до ? » г, а

Х вЂ” от О до L. Откуда .где L — длина траектории сканирования.

Профиль границ штрихов дифракционной решетки на основании формулы (12) Устройство по первому варианту работает следующим образом.

Световой луч от источника 1 излучения, проходя через анаморфотную оптическую систему 2, фокусируется в узкую световую линию, лежащую на рабочей поверхности сканирующего элемента и совпадающую с одним из текущих положений 5 ее образующей. Далее, испытывая дифракцию на рабочей поверхности, световой луч отклоняется на некоторый угол и фокусируется в направлении сканирования в узкую световую линию (что обеспечивается фокусирующим свойством участков оптической решетки). При вращении сканирующего элемента 3, на решетке которого варьируются только начальные смещения, световая линия перемещается по участку окружности радиуса R.

Если же структура решетки такова, что варьируются только фокусные расстояния указанных участков оптической решетки, то световая линия перемещается уже в направлении, перпендикулярном положению траектории 5. В общем случае при изменении как фокусных расстояний, так и начальных смещений указанных участков оптической решетки можно осуществлять двухмерное сканирование.

Устройство по второму варианту работает следующим образом.

При наклонном (по отношению к оси вращения сканирующего элемента) падении светового луча последний, пройдя диафрагму 7 и отразившись от цилиндрического зеркала 8, фокусируется в узкую световую линию на рабочей поверхности сканирующего элемента 3, испытывает дифракцию и, повторно отразившись от цилиндрического зеркала 8, попадает на плоскость сканирования. В направлении, перпендикулярном направлению сканирования, световой луч фокусируется на линии, проходящей через отверстие диафрагмы 7 и одно из положения 5 образующей рабочей поверхности, в дифракционно ограниченную точку. Вращение сканирующего элемента обеспечивает последовательную засветку различных участков дифракционной структуры ,элемента, соответствующих различным углам отклонения светового луча и положениям светового пятна на линии

6 сканирования.

Предлагаемое устройство обеспечивает высокое качество фокусировки светового луча, так как для фокусировки в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, применено простое в изготовлении цилиндрическое зеркало, без искажений переносящее изображение отверстия диаф1рагмы на рабочую поверхность и повторно воспроизводящее изображение засвеченного участка на плоскости сканирования. Использование объективного сканирования также положительно влияет на качество фокусировi 179255 ки (в направлении сканирования).

Сканирующий элемент может быть выполнен также в форме конуса и однополостного цилиндра. Голографическая структура сканирующего элемента может быть получена оптическим интерференционным методом либо синтезирована.с помощью вычислительной машины. 10

Повышение разрешающей способности обеспечивается тем, что размер апертуры в направлении сканирования, равный в данном случае длине фокусируемой на рабочей поверхности световой линии, ограничивается только длиной образующей рабочей поверхности, которую можно сделать существенно большей радиуса сканирующего элемента. Увеличивая длину сканирующего 20 элемента и используя при этом больший размер апертуры в направлении сканирования, можно повысить разрешающую способность, сохранив при этом прежний диаметр сканирующего элемента, а следовательно, оставив неизменным скорость его вращения и частоту сканирования.

Предложенная структура оптической решетки на рабочей поверхности сканирующего элемента обеспечивает сложный характер развертки светового луча, что расширяет функциональ ные возможности устройства. Применение оптической решетки с иной структурой; рассчитанной по описанной методике, позволяет производить сканирование по произвольной траектории.

Составитель В. Дринь

Редактор Л. Веселовская Техред А.Бабинец Корректор А. Обручар

Заказ 5669/46 Тираж 526 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4