DE1547354B1

DE1547354B1 - Arrangement for splitting or merging light beams using double refracting material

Info

Publication number: DE1547354B1
Application number: DE19661547354
Authority: DE
Inventors: James Lipp; Hoffmann Harry Jun Swartzlander
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-07-02
Filing date: 1966-06-29
Publication date: 1969-12-04

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Aufteilung oder Zusämmenfährung von Lichtstrahlen unter Verwendung doppelt brechenden Materials.The invention relates to an arrangement for dividing or Convergence of light rays using double refracting material.

Es ist bekannt, einen planparallelen Block aus einem doppelt brechenden Kristall, z. B. Kalkspat, zur Aufteilung eines Lichtstrahles, der in zwei orthogonal zueinander verlaufenden Richtungen polarisiert ist, zu verwenden. Dies zeigt z. B. die Literatursteile »A Fast, Digital-Indexed Light Deflector« von W. K u 1 c k e u. a. in IBM Journal, Januar 1964, S. 64 bis 67, wo die Verwendung einer solchen Anordnung zur digital gesteuerten Strahlenauslenkung beschrieben ist. Es hat sich als Nachteil erwiesen, daß zur Erreichung größerer Strahlenauslenkungen der Block eine beträchtliche Dicke haben muß; seine Herstellung erfordert daher einen großen, optisch einwandfreien, doppelt brechenden Kristall. Außerdem legen die aufgeteilten Strahlen (ordentlicher und außerordentlicher Strahl) im Block unterschiedliche optische Weglängen zurück. Wenn beispielsweise bei konvergentem Strahlengang wahlweise einmal der ordentliche und einmal der außerordentliche Strahl zur Erzeugung eines Bildpunktes verwendet wird, ergeben sich unterschiedliche Fokuspunkte, so daß für einen der beiden Strahlen eine Fokuskorrektur notwendig ist.It is known to make a plane-parallel block from a double refracting block Crystal, e.g. B. Calcite, to split a light beam into two orthogonal mutually extending directions is polarized to use. This shows e.g. B. the literature parts "A Fast, Digital-Indexed Light Deflector" by W. K u 1 c k e and others in IBM Journal, January 1964, pp. 64 to 67, where the use of such Arrangement for digitally controlled beam deflection is described. It has proved to be a disadvantage that to achieve larger beam deflections the block must be of considerable thickness; its production therefore requires a large, optically perfect, double refracting crystal. Also put the split Rays (ordinary and extraordinary ray) in the block are different optical Distances back. If, for example, with a convergent beam path, optionally once the ordinary and once the extraordinary ray for generating an image point is used, there are different focus points, so that for one of the focus correction is necessary for both beams.

Grundsätzlich ist es auch bereits bekannt, eine Trennfläche zwischen einem optisch isotropen und einem doppelt brechenden Material als Reflexionsfläche zu benutzen, um zwei polarisierte Strahlenteile zu erhalten. Die mit den bekannten Prismen dieser Art erhaltenen Strahlenteile weisen jedoch nach Austritt aus dem Prisma einen erheblichen Phasenunterschied auf, oder sie sind nicht parallel zueinander.In principle, it is also already known to have a separating surface between an optically isotropic and a double refractive material as a reflective surface to use to get two polarized beam parts. The ones with the known Prisms of this type obtained beam parts, however, point after emerging from the Prism have a significant phase difference, or they are not parallel to each other.

Aufgabe der Erfindung ist es; eine Anordnung anzugeben, bei der unter Vermeidung der erläuterten Nachteile mit kleinen Mengen doppelt brechenden Materials ein relativ großer Abstand zwischen den geteilten Strahlen sowie eine Kompensation der optischen Weglängen dieser Strahlen erzielt wird. Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Aufteilung oder Zusammenführung von Lichtstrahlen unter Verwendung von doppelt brechendem Material, wobei eine Trennfläche zwischen einem optisch isotropen und einem doppelt brechenden Material als Reflexionsfläche für einen eine bestimmte Polarisation aufweisenden Strahlenteil dient, und kennzeichnet sich dadurch, daß hinter der Trennfläche eine zweite Reflexionsfläche angeordnet ist, die den durch die Trennfläche hindurchtretenden Strahlenteil reflektiert, und daß zwei weitere, die beiden Strahlenteile parallel richtende Reflexionsflächen vorgesehen sind, die in bezug auf die erste bzw. zweite Reflexionsfläche und die Richtung des einfallenden Lichtes so angeordnet sind, daß sich gleiche optische Weglängen für beide Strahlenteile ergeben.The object of the invention is; to specify an arrangement in which under Avoidance of the disadvantages explained with small amounts of double refracting material a relatively large distance between the split beams and a compensation the optical path lengths of these rays is achieved. The invention is based on an arrangement for splitting or merging light beams using of birefringent material, with an interface between an optically isotropic and a birefringent material as a reflective surface for a particular one The beam part having polarization is used, and is characterized in that a second reflective surface is arranged behind the separating surface, the through the part of the rays passing through the separating surface is reflected, and that two further, the two beam parts are provided parallel reflecting surfaces that with respect to the first or second reflection surface and the direction of the incident Light are arranged so that the same optical path lengths for both beam parts result.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus den Ansprüchen in Verbindung mit nachfolgend an Hand von Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung zu ersehen. Es zeigt F i g. 1 eine Anordnung zur Lichtstrahlenaufteilung gemäß vorliegender Erfindung und F i g. 2 bis 4 weitere Ausführungsformen der er- i findungsgemäßen Anordnung.Further advantageous details of the invention can be found in the claims in connection with the exemplary embodiments described below with reference to drawings the invention can be seen. It shows F i g. 1 shows an arrangement for splitting light beams according to the present invention and FIG. 2 to 4 further embodiments of the i inventive arrangement.

In den Zeichnungen werden zur Darstellung der Polarisationsebene der verschiedenen Lichtstrahlen Punkte und Doppelpfeile verwendet; wobei ein Punkt eine Polarisation des betreffenden Lichtstrahls in einer Ebene und die Doppelpfeile eine Polarisation des betreffenden Lichtstrahls in einer orthogonal zu dieser Ebene verlaufenden Ebene kennzeichnet.In the drawings, the plane of polarization is illustrated by the different light rays points and double arrows used; where a point is a Polarization of the light beam in question in one plane and the double arrows one Polarization of the light beam in question in an orthogonal to this plane Marks level.

In F i g. 1 ist ein Basisblock 10 aus einem isotropen Material mit der Brechzahl N1 dargestellt. Von einer Lichtquelle 12 gelangt Licht durch die Einfallsfläche 11 in den Block 10. Das Licht ist in der bezeichneten Weise polarisiert. Einer Oberfläche 16 des Blockes 10 ist eine Platte 15 aus doppelt brechendem Material angeordnet, deren optische Achse entweder senkrecht zur Zeichnungsebene oder in Zeichnungsebene und gleichzeitig rechtwinklig zum einfallenden Lichtstrahl gerichtet ist. Eine zweite doppelt brechende Platte 17 ist der Oberfläche 18 des Blockes 10 benachbart angeordnet und besitzt eine optische Achse, welche die entgegengesetzte Lage einnimmt wie die optische Achse der Platte 15. Wenn z. B. die optische Achse der Platte 15 senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft, dann ist die optische Achse der Platte 17 in der Zeichnungsebene und senkrecht zum einfallenden Strahl 19 ausgerichtet. Es ist ein bekanntes Charakteristikum eines doppelt brechenden Materials, daß es einen hohen Brechungsindex für in einer bestimmten Ebene polarisiertes Licht aufweist, während sein Brechungsindex für Licht, dessen Polarisationsebene orthogonal zur vorgenannten Ebene verläuft, klein ist. In F i g. 1 ist der hohe Brechungsindex der doppelt brechenden Platten 15 und 17 so gewählt, daß er wenigstens annähernd dem Brechungsindex N1 des isotropen Blockes 10 gleicht. Der kleinere Brechungsindex der Platten 15 und 17 wird mit N2 bezeichnet.In Fig. 1 shows a base block 10 made of an isotropic material with the refractive index N1. From a light source 12, light passes through the incident surface 11 into the block 10. The light is polarized in the manner indicated. A plate 15 made of birefringent material is arranged on a surface 16 of the block 10, the optical axis of which is directed either perpendicular to the plane of the drawing or in the plane of the drawing and at the same time at right angles to the incident light beam. A second birefringent plate 17 is arranged adjacent to the surface 18 of the block 10 and has an optical axis which is in the opposite position as the optical axis of the plate 15. When e.g. B. the optical axis of the plate 15 is perpendicular to the plane of the drawing, then the optical axis of the plate 17 is aligned in the plane of the drawing and perpendicular to the incident beam 19. It is a known characteristic of a birefringent material that it has a high refractive index for light polarized in a certain plane, while its refractive index for light whose plane of polarization is orthogonal to the aforementioned plane is small. In Fig. 1, the high refractive index of the double refractive plates 15 and 17 is chosen so that it is at least approximately equal to the refractive index N1 of the isotropic block 10. The smaller refractive index of the plates 15 and 17 is denoted by N2.

Auf Grund der Verwendung orthogonal polarisierten Lichtes aus der Lichtquelle 12, dessen Polarisationsebenen parallel und rechtwinklig zur Ebene des einfallenden Strahls und der optischen Achsen der Platten 15 und 17 angeordnet sind; kann bei einem senkrechten Einfall des Lichtes in die Fläche 11 eine vollständige Strahlentrennung durchgeführt werden.Due to the use of orthogonally polarized light from the light source 12, whose planes of polarization are arranged parallel and at right angles to the plane of the incident beam and the optical axes of the plates 15 and 17 ; If the light is perpendicular to the surface 11, a complete beam separation can be carried out.

Die Strahlen der einen Polarisationsebene treffen auf den hohen Brechungsindex N1, und da-ihr Einfallswinkel größer ist als der kritische Einfallswinkel, werden sie an der Trenn- oder Oberfläche 16 total reflektiert, da die doppelt - brechende Platte 15 für diesen Strahl einen niedrigen Brechungsindex N2 zeigt. Der orthogonal polarisierte -Strahl trifft auf einen höheren Brechungsindex bei Erreichen der Oberfläche 16, und da dieser Brechungsindex annähernd gleich ist dem Brechungsindex des Blockes 10, tritt dieser Strahl in die Platte 15 ein und wird an deren Oberfläche 20 zurück in den Block 10 reflektiert, _ wie es bei 31 dargestellt ist.The rays of one plane of polarization hit the high refractive index N1, and since their angle of incidence is greater than the critical angle of incidence they are totally reflected at the separating or surface 16, since the double-refracting Plate 15 shows a low index of refraction N2 for this beam. The orthogonal polarized beam hits a higher index of refraction when reaching the surface 16, and since this index of refraction is approximately equal to the index of refraction of the block 10, this beam enters the plate 15 and returns to its surface 20 reflected in block 10, as shown at 31.

Es ist zu bemerken, daß vorzugsweise wenigstens die Oberfläche 20 der Platte 15 und die Oberfläche 22 der Platte 17 vom gleichen Medium umgeben sind, das einen Brechungsindex aufweist, der gleich oder kleiner als der Brechungsindex N2 der doppelt brechenden Platten 15 und 17 ist. Das Medium ist derart zu wählen, um eine Totalreflexion der aus dem Inneren des Prismas auf die Oberflächen 20 und 22 auftreffenden Strahlen sicherzustellen. Es kann aus Luft, einem Vakuum, Öl, einem geeigneten Niederschlag, einer geeigneten Beschichtung oder Flüssigkeit usw. bestehen.It should be noted that preferably at least the surface 20 the plate 15 and the surface 22 of the plate 17 are surrounded by the same medium, which has an index of refraction equal to or less than the index of refraction N2 of the birefringent plates 15 and 17 is. The medium is to be chosen in such a way that to a total reflection from the inside of the prism on the surfaces 20 and 22 impinging rays to ensure. It can consist of air, a vacuum, oil, a suitable precipitation, coating or liquid, etc. exist.

Da die optische Achse der Platte 17 entgegengesetzt zu der der Platte 15 verläuft, tritt der an der Trennfläche 16 reflektierte Strahl 19 durch die Trennfläche 18, wird an der Oberfläche 22 reflektiert und erscheint als Ausgangsstrahl 24. Der Strahl 21, der an der Oberfläche 20 der Platte 15 reflektiert worden ist, trifft dagegen auf den niedrigen Brechungsindex N2 der Platte 17, und da sein Einfallswinkel größer als der kritische Einfallswinkel ist, wird dieser Strahl an der Trennfläche 18 total reflektiert und erscheint als Ausgangsstrahl 25. Durch die Wahl einer im wesentlichen gleichen Dicke für die Platten 15 und 17 wird erreicht, daß der Weg der beiden polarisierten Strahlen von der Einfallsfläche 11 zur Austrittsfläche 26 im wesentlichen gleich lang ist.Since the optical axis of the plate 17 is opposite to which runs the plate 15, the beam reflected at the separating surface 16 occurs 19 through the separating surface 18, is reflected on the surface 22 and appears as the output beam 24. The beam 21, which reflects on the surface 20 of the plate 15 has been, however, meets the low refractive index N2 of the plate 17, and since its angle of incidence is greater than the critical angle of incidence, it becomes The beam is totally reflected at the interface 18 and appears as an output beam 25. By choosing essentially the same thickness for the plates 15 and 17 it is achieved that the path of the two polarized rays from the surface of incidence 11 is essentially the same length as the exit surface 26.

Die Dicke h der Platten 15 und 17, die effektive Entfernung 2a zwischen der Oberfläche 16 und der Oberfläche 26, der Winkel x zwischen dem Austrittsstrahl 25 und der Fläche 18 und der Abstand d zwischen den Austrittsstrahlen 24 und 25 haben zueinander folgende Beziehungen: In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polarisationsprismas dargestellt, bei der die Strahlenteilung und die Strahlenwegkompensation unter Verwendung einer einzigen doppelt brechenden Platte verwirklicht werden. In dieser Ausführungsform wird ein Block 40 verwendet, der aus isotropem Material besteht und eine Einfallsoberfläche 41 aufweist, die polarisiertes Licht von einer Lichtquelle 42 empfängt. Eine Platte 45, die aus doppelt brechendem Material besteht, ist der Oberfläche 46 des Blockes 40 benachbart angeordnet und bewirkt, ähnlich wie die Platte 15 von F i g. 1, eine Totalreflexion des auf sie auftreffenden und in einer bestimmten Ebene polarisierten Lichtes. Das Licht der anderen Polarisation tritt in die Platte 45 ein. Die Oberfläche 50 der Platte 45 wird von einem Medium umgeben, dessen Brechungsindex so beschaffen ist, daß eine Totalreflexion des in die Platte 45 eintretenden Strahls an der Oberfläche 50 eintritt, so daß dieser Strahl durch die Trennfläche 46 zurück in den Block 40 gelangt. Der so reflektierte und mit 51 bezeichnete Strahl trifft daraufhin auf die Oberfläche 53 des Blockes 40 auf. Die Oberflächen 52 und 53 sind ebenfalls von einem Medium umgeben, dessen Brechungsindex geeignet ist, eine Totalreflexion der Strahlen 49 und 51 zu bewirken. Dieses Medium ist im allgemeinen das gleiche, das die Oberfläche 50 umgibt. Die Oberfläche 52 ist gegenüber der Oberfläche 53 stufenförmig nach außen versetzt und reflektiert den auf sie auftreffenden, von der Trennfläche 46 reflektierten Strahl 49 total, so daß dieser als Ausgangsstrahl 54 an der Austrittsfläche 56 den Block verläßt. Die auf diese Weise das Prisma durchlaufenden Strahlen legen im wesentlichen den gleichen Weg zwischen der Einfallsfläche 41 und der Austrittsfläche 56 zurück. Es ist daher lediglich eine einzige Fokusjustierung für beide Austrittsstrahlen notwendig.The thickness h of the plates 15 and 17, the effective distance 2a between the surface 16 and the surface 26, the angle x between the exit beam 25 and the surface 18 and the distance d between the exit beams 24 and 25 have the following relationships: In Fig. 2 shows another embodiment of the polarization prism according to the invention, in which the beam splitting and the beam path compensation are implemented using a single birefringent plate. In this embodiment, a block 40 made of isotropic material and having an incidence surface 41 that receives polarized light from a light source 42 is used. A plate 45 made of birefringent material is positioned adjacent the surface 46 of the block 40 and operates similarly to the plate 15 of FIG. 1, a total reflection of the light incident on it and polarized in a certain plane. The light of the other polarization enters the plate 45. The surface 50 of the plate 45 is surrounded by a medium whose refractive index is such that a total reflection of the beam entering the plate 45 occurs at the surface 50, so that this beam passes through the interface 46 back into the block 40. The beam reflected in this way and designated by 51 then strikes the surface 53 of the block 40. The surfaces 52 and 53 are also surrounded by a medium whose refractive index is suitable for causing total reflection of the rays 49 and 51. This medium is generally the same as that surrounding surface 50. The surface 52 is offset outward in a step-like manner with respect to the surface 53 and totally reflects the beam 49 which hits it and is reflected by the separating surface 46, so that it leaves the block as an output beam 54 at the exit surface 56. The rays passing through the prism in this way cover essentially the same path between the incidence surface 41 and the exit surface 56. Therefore, only a single focus adjustment is necessary for both exit beams.

Es ist zu bemerken, daß die total reflektierenden Oberflächen 16, 18, 20 und 22 von F i g. 1' oder 46, 50, 52 und 53 von F i g. 2 dadurch erhalten werden können, daß geeignete Platten in ein isotropes Medium, wie z. B. Öl, Luft oder eine ähnliche Substanz, gebracht werden können, ohne daß ein Block 10 oder 40 tatsächlich hergestellt werden muß. Eine solche Konstruktion kann weiter dadurch vereinfacht werden, daß auf den Oberflächen 20 und 22 von F i g. 1 oder 50, 52 und 53 von F i g. 2 eine Beschichtung mit einem niedrigen Brechungsindex aufgebracht wird. Wenn dagegen ein solider Block verwendet wird, so kann dieser aus Glas, einem durchsichtigen Plastikmaterial oder einem ähnlichen Material bestehen, während die soliden doppelt brechenden Platten aus natürlichem Kalkspat, Natronsalpeter oder einem anderen der bekannten doppelt brechenden Materialien geformt sein kann. Die doppelt. brechenden Platten können als dünne Filme des betreffenden doppelt brechenden Materials auf den Oberflächen 16 und 18 in F i g. 1 oder 46 in F i g. 2 aufgebracht sein, wobei der Abstand zwischen diesen Platten und den Oberflächen 20 und 22 oder 50 mit dem gleichen isotropen Material ausgefüllt sein kann, dessen Brechungsindex mit dem hohen Brechungsindex des doppelt brechenden Materials übereinstimmt. hieben der allgemeinen Unempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung auf Veränderungen in der Wellenlänge des einstrahlenden Lichtes korrigiert die Anordnung automatisch Brechungsfehler. Dies wird jeweils dann bewirkt, wenn der Einfallswinkel des Eingangsstrahls gleich dem Ausfallswinkel des Ausgangsstrahls an den reflektierenden Flächen ist. Es ist mit der beschriebenen Einrichtung möglich, diskrete Ausgangsstrahlen mit relativ kurzen optischen Weglängen zu erzeugen. Dies gestattet eine große numerische Apertur bei einer relativ kleinen tatsächlichen Apertur, und die konservative Verwendung von Materialien gestattet ein kleines Volumen für die erforderliche Größe der Lichtablenkeinrichtung. Die Geometrie der parallelen Platten und/oder Schichtungen oder Beschichtungen ist außerdem durch die bekannten Herstellungs- und Prüfverfahren leicht beherrschbar. Außerdem gestattet die erfindungsgemäße Anordnung eine Abkapselung der hygroskopischen, doppelt brechenden Materialien von einer für sie schädlichen Umgebung.It should be noted that the totally reflective surfaces 16, 18, 20 and 22 of FIG. 1 'or 46, 50, 52 and 53 of FIG. 2 obtained thereby can be that suitable plates in an isotropic medium, such as. B. oil, air or a similar substance, can be brought without a block 10 or 40 actually has to be produced. Such a construction can be further thereby be simplified that on surfaces 20 and 22 of FIG. 1 or 50, 52 and 53 of FIG. 2 a coating with a low refractive index is applied will. If, on the other hand, a solid block is used, it can be made of glass, a clear plastic or similar material, while the solid double refractive plates made from natural calcite, sodium nitrate or another of the known birefringent materials. the double. Refractive plates can be considered as thin films of the double refractive in question Material on surfaces 16 and 18 in FIG. 1 or 46 in FIG. 2 applied be, the distance between these plates and the surfaces 20 and 22 or 50 can be filled with the same isotropic material, its refractive index corresponds to the high refractive index of the double refractive material. slashed the general insensitivity of the arrangement according to the invention to changes the arrangement automatically corrects the wavelength of the incident light Refractive errors. This is achieved when the angle of incidence of the input beam is equal to the angle of emergence of the output beam on the reflecting surfaces. With the device described, it is possible to use discrete output beams to produce relatively short optical path lengths. This allows a large numerical Aperture at a relatively small actual aperture, and the conservative use of materials allows a small volume for the required size of the light deflector. The geometry of the parallel plates and / or layers or coatings is also easily controllable thanks to the known manufacturing and testing processes. In addition, the arrangement according to the invention allows encapsulation of the hygroscopic, double refractive materials from an environment that is harmful to them.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 3 dargestellt. Eine Lichtquelle 10-3 erzeugt orthogonal polarisiertes Licht, das in einen Block 12-3 geleitet wird. Dieser Block 12-.3 besitzt zwei ebene Schlitze 11-3 und 13-3, die mit Platten 14-3, 53-3 eines doppelt brechenden Materials ausgefüllt sind. Die optischen Achsen der Platten 14-53-3 sind rechtwinklig zum einfallenden Lichtstrahl angeordnet und verlaufen entweder in Zeichnungsebene oder senkrecht zur Zeichnungsebene. Außerdem ist die optische Achse der Platte 14-3 stets so angeordnet, daß sie orthogonal zur optischen Achse der Platte 15-3 ausgerichtet ist. Es wird daher das Licht einer Polarisationsebene von Quelle 10 durch die Platte 14-3 als Strahl 16-3 reflektiert, während das Licht der anderen Polarisationsebene durch die Platte 14-3 hindurchtritt und erst an der Oberfläche 18 des Blockes 12-3 eine Totalreflexion erfährt. Diese Aufspaltung des Strahles von Quelle 10 wird dadurch erreicht, daß das isotropische Material des Blockes 12-3 einen Brechungsindex aufweist, der wenigstens annähernd dent hohen Brechungsindex des doppelt brechenden Materials entspricht, aus welchem die Platten 14 und 15 bestehen.Another embodiment of the invention is shown in FIG. 3 shown. A light source 10-3 generates orthogonally polarized light which is directed into a block 12-3. This block 12-3 has two flat slots 11-3 and 13-3 which are filled with plates 14-3, 53-3 of a double refractive material. The optical axes of the plates 14-53-3 are arranged at right angles to the incident light beam and run either in the plane of the drawing or perpendicular to the plane of the drawing. In addition, the optical axis of the plate 14-3 is always arranged so that it is oriented orthogonally to the optical axis of the plate 15-3. The light of one polarization plane from source 10 is therefore reflected by plate 14-3 as beam 16-3 , while the light of the other polarization plane passes through plate 14-3 and only experiences total reflection on surface 18 of block 12-3 . This splitting of the beam from source 10 is achieved in that the isotropic material of block 12-3 has an index of refraction which at least approximately corresponds to the high index of refraction of the birefringent material of which plates 14 and 15 are made.

Die reflektierten Strahlen 16-3 und 19-3 sind in F i g. 3 so dargestellt, daß sie sich an einem Punkt der Platte 15 treffen; es ist jedoch zu bemerken, daß dies nicht zwingend notwendig ist bei einer Einrichtung gemäß F i g. 3. Maßgebend ist vielmehr, daß beim Auftreffen auf die Platte 15-3 eine Trennung der Strahlen 16-3 und 19-3 erhalten bleibt. Da die optische Achse der Platte 15-3 orthogonal in bezug auf die optische Achse der Platte 14-3 verläuft, kann der Strahl 16-3 in die Platte 15-3 eintreten und wird an deren Oberfläche 20-3 durch Totalreflexion in den Ausgangsstrahl 22-3 umgelenkt. Dagegen wird der reflektierte Strahl 19-3 an der Platte 15-3 total reflektiert in den Ausgangsstrahl 24-3. Die Ausgangsstrahlen 22-3 und 24-3 verlaufen parallel zueinander und haben beim Austritt aus der Fläche 25 im wesentlichen die gleiche Distanz zurückgelegt seit dem Eintritt in den Block 12-3.The reflected rays 16-3 and 19-3 are shown in FIG. 3 shown as meeting at some point on plate 15; it should be noted, however, that this is not absolutely necessary in the case of a device according to FIG. 3. Rather, what is decisive is that when the plate 15-3 strikes, a separation of the rays 16-3 and 19-3 is maintained. Since the optical axis of the plate 15-3 is orthogonal with respect to the optical axis of the plate 14-3, the beam 16-3 can enter the plate 15-3 and becomes the output beam 22 at its surface 20-3 by total internal reflection -3 deflected. In contrast, the reflected beam 19-3 on the plate 15-3 is totally reflected into the output beam 24-3. The output beams 22-3 and 24-3 run parallel to one another and, on exiting the surface 25, have covered essentially the same distance since entering the block 12-3.

Auch bei dieser Anordnung ist es nicht notwendig, daß der Block 12-3 aus festem Material geformt wird. Ebenso, wie es in Verbindung mit den F i g. 1 und 2 erläutert wurde, können auch hier die Oberflächen 18-23-3 total reflektierende Platten oder total reflektierende Beschichtungen auf einem geeigneten Trägermaterial sein, während die Platten 15-3 und 16-3 in der aus F i g. 3 ersichtlichen Weise zwischen ihnen angeordnet sein können. Der Raum zwischen den Platten und Oberflächen, der in der Zeichnung durch den Block 12 eingenommen wird, kann mit einer isotropen Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, ausgefüllt sein. Bei Verwendung eines soliden Blockes 12-3 kann die Herstellung in der Weise erfolgen, daß Schlitze 11-3 und 13-3 in den Block geschnitten werden und daß in diese Schlitze dünne, polierte Platten 14-3 und 15-3 eines doppelt brechenden Materials eingesetzt werden, wobei die obere Fläche der Platte 14-3 und die untere Fläche der Platte 15-3 sehr eben auszubilden sind. In einer abgewandelten Ausbildung kann der Block 12-3 durch Schichtung der Platten 14-3 und 15-3 zwischen drei geeignet geformten Schichten hergestellt werden. Es ist zu bemerken, daß die Platte 14-3 parallel zur Oberfläche 20-3 und die Platte 15-3 parallel zur Oberfläche 18-3 angeordnet sind, während die Platten 14-3 und 15-3 nach links und die Oberflächen 18-3 und 20-3 nach rechts konvergierend verlaufen.Even with this arrangement, it is not necessary that the block 12-3 is molded from solid material. As is the case in connection with FIGS. 1 1 and 2, the surfaces 18-23-3 can also be totally reflective here Sheets or totally reflective coatings on a suitable substrate while the plates 15-3 and 16-3 in the FIG. 3 apparent ways can be arranged between them. The space between the panels and surfaces, which is taken in the drawing by the block 12, can with an isotropic Liquid, such as oil, be filled. When using a solid Block 12-3 can be manufactured in such a way that slots 11-3 and 13-3 cut into the block and put thin, polished plates in these slots 14-3 and 15-3 of a birefringent material are used, the upper Form the surface of the plate 14-3 and the lower surface of the plate 15-3 very flat are. In a modified embodiment, the block 12-3 by layering the Panels 14-3 and 15-3 can be made between three suitably shaped layers. Note that plate 14-3 is parallel to surface 20-3 and the plate 15-3 are arranged parallel to the surface 18-3, while the plates 14-3 and 15-3 converge to the left and surfaces 18-3 and 20-3 converge to the right.

Eine weitere Ausführungsform der Anordnung gemäß vorliegender Erfindung zeigt die F i g. 4. Die in dieser Figur dargestellte Anordnung verwendet zwei total reflektierende Oberflächen 38-4 und 40-4; die zueinander parallel verlaufen. Zwei doppelt brechende Platten 34-4 und 35-4 sind einander benachbart in einem gemeinsamen Schlitz 31-4 einer isotropen Platte 32-4 angeordnet. Die Platte 34-4 füllt den linken und die Platte 35-4 den rechten Teil des Schlitzes aus. Beide Platten bilden eine Ebene, die in bezug auf die Zeichnung nach links mit der Oberfläche 38-4 konvergiert. Wie bei den Platten 40-3 und 50-3 verlaufen die optischen Achsen der Platten 34-4 und 35-4 rechtwinklig zu den von einer Quelle 30-4 einfallenden Lichtstrahlen und außerdem in der Ebene der Zeichnung senkrecht zueinander. Von dem orthogonal polarisierten einfallenden i Licht wird der in der einen Richtung polarisierte Teil in Form des Strahls 36-4 an der Platte 34-4 total reflektiert, während der in der anderen Richtung polarisierte Teil als Strahl 39-4 erst an der Oberfläche 38-4 reflektiert wird. Beide Strahlen treffen sich im Punkt 41-4 auf der Oberfläche 40-4 und werden von dieser total reflektiert in Form der Strahlen 42-4 und 43-4. Wie bereits in bezug auf F i g.1 vermerkt, können die Strahlen 36-4 und 39-4 auch an voneinander entfernten Orten der Oberfläche 40-4 reflektiert werden. Die Platte 35-4 wandelt den Strahl 43-4 durch Totalreflexion in den Ausgangsstrahl 46-4 um, während der Strahl 42-4 die Platte 35-4 passiert und an der Oberfläche 38-4 durch Totalreflexion in den Ausgangsstrahl 48-4 umgelenkt wird. Der Weg der beiden Lichtstrahlen von der Lichtquelle 30-4 bis zur Austrittsfläche 50-4 ist auch bei dieser Anordnung im wesentlichen gleich. Die Anordnung nach F i g. 4 ist insofern vorteilhaft, als sie relativ flach ausgebildet sein kann und relativ einfach herzustellen ist, da sie gegenüber der Anordnung nach F i g. 3 nur einen einzigen Schlitz 31-4 zur Aufnahme der doppelt brechenden Platten 34-4 und 35-4 erfordert. Auch bei einer geschichteten Ausführung ergibt sich gegenüber der Anordnung nach F i g. 3 eine einfachere Anordnung. Wird eine geschichtete Ausführung gewählt, so kann sowohl bei der Anordnung nach F i g. 3 als auch bei der Anordnung nach F i g. 4 die Ausbildung der doppelt brechenden Platten in Form einer Beschichtung der einzelnen Blöcke oder Scheiben des isotropen Materials mit einem geeigneten doppelt brechenden Material beispielsweise durch Aufdampfung erfolgen. Wie in Verbindung mit den F i g. 1 bis 3 erläutert, kann auch die Anordnung nach F i g. 4 ohne Verwendung eines soliden Blockes 32-4 ausgeführt werden. In diesem Falle können die Platten oder die auf Trägermaterialien aufgebrachten Schichten in einer isotropen Flüssigkeit oder in einem isotropen Gas angeordnet sein, das den Raum zwischen den Oberflächen 38-4 und 40-4 ausfüllt.Another embodiment of the arrangement according to the present invention is shown in FIG. 4. The arrangement shown in this figure uses two totally reflective surfaces 38-4 and 40-4; which run parallel to each other. Two birefringent plates 34-4 and 35-4 are arranged adjacent to one another in a common slot 31-4 of an isotropic plate 32-4. The plate 34-4 fills the left and the plate 35-4 the right part of the slot. Both plates form a plane which converges with surface 38-4 to the left of the drawing. As with plates 40-3 and 50-3, the optical axes of plates 34-4 and 35-4 are perpendicular to the rays of light incident from a source 30-4 and are also perpendicular to each other in the plane of the drawing. Of the orthogonally polarized incident light, the part polarized in one direction is totally reflected in the form of beam 36-4 on plate 34-4, while the part polarized in the other direction as beam 39-4 is only reflected on surface 38- 4 is reflected. Both rays meet at point 41-4 on surface 40-4 and are totally reflected by this in the form of rays 42-4 and 43-4. As already noted in relation to FIG. 1, the rays 36-4 and 39-4 can also be reflected at locations on the surface 40-4 which are remote from one another. The plate 35-4 converts the beam 43-4 by total internal reflection into the output beam 46-4, while the beam 42-4 passes the plate 35-4 and is deflected at the surface 38-4 by total internal reflection into the output beam 48-4 . The path of the two light beams from the light source 30-4 to the exit surface 50-4 is also essentially the same in this arrangement. The arrangement according to FIG. 4 is advantageous in that it can be made relatively flat and is relatively easy to manufacture, since compared to the arrangement according to FIG. 3 requires only a single slot 31-4 to receive the double refractive plates 34-4 and 35-4. Even with a layered design, compared to the arrangement according to FIG. 3 a simpler arrangement. If a layered design is selected, both in the case of the arrangement according to FIG. 3 as well as in the arrangement according to FIG. 4 the construction of the double refractive plates in the form of a coating of the individual blocks or disks of the isotropic material with a suitable double refractive material, for example by vapor deposition. As in connection with FIGS. 1 to 3 explained, the arrangement according to FIG. 4 can be executed without the use of a solid block 32-4. In this case, the plates or the layers applied to carrier materials can be arranged in an isotropic liquid or in an isotropic gas which fills the space between the surfaces 38-4 and 40-4.

Ebenso wie bei den Anordnungen nach den F i g. 1 und 2 werden bei den Anordnungen nach den F i g. 3 und 4 eventuell auftretende Brechungsfehler automatisch korrigiert, solange der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel der an den Platten 14-3 und 15-3 bzw. 34-4 und 35-4 und an den Oberflächen 18-3 und 20-3 bzw. 38-4 und 40-4 reflektierten Strahlen gleich ist.As with the arrangements according to FIGS. 1 and 2 are at the arrangements according to the F i g. 3 and 4, any refractive errors that may occur automatically corrected as long as the angle of incidence and the angle of reflection on the plates 14-3 and 15-3 or 34-4 and 35-4 and on surfaces 18-3 and 20-3 and 38-4, respectively and 40-4 reflected rays is equal.

Bei den beschriebenen Anordnungen wird zur Strahlablenkung jeweils das Prinzip der Totalreflexion ausgenutzt. Es ist aber auch möglich, statt dessen das Prinzip der normalen Spiegelreflexion zu verwenden. Obgleich die verschiedenen Anordnungen als Strahlenteiler beschrieben worden sind, ist es möglich, sie mit umgekehrtem Strahlenverlauf als Lichtsammler mit einem gemeinsamen Ausgangsstrahl arbeiten zu lassen, ohne daß hierdurch der Bereich der Erfindung verlassen wird.In the described arrangements, the beam deflection is used in each case exploited the principle of total reflection. But it is also possible instead to use the principle of normal mirror reflection. Although the different Arrangements have been described as beam splitters, it is possible to use them reverse beam path as a light collector with a common output beam to let work without thereby departing from the scope of the invention.

Claims

Claims: 1. Arrangement for division or merging of light rays using birefringent material, being an interface between an optically isotropic and a birefringent material as a reflection surface serves for a beam part exhibiting a certain polarization, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n et that behind the separating surface there is a second reflection surface is arranged those passing through the Trerini smile Part of the beam reflected, and that two more, the two parts of the beam parallel directional reflective surfaces are provided. those with respect to the first and second, respectively Reflecting surface and the direction of the incident beam are arranged so that the same optical path lengths result for both beam parts.

2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the first and the second reflection surface (16 and 20 or 46 and 50) run parallel to each other and with the also to each other two further reflective surfaces (18 and 22 or 52 and 53) running parallel form an obtuse angle.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that the first and the second reflective surface (z. B. 16 and 20) through one at a optically isotropic medium adjacent plane-parallel plate or layer (e.g. 15) be formed from a double refractive material.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the two further reflection surfaces (18 and 22) by one with the first plane-parallel plate or layer (15) to the same optically isotropic medium adjacent second plane-parallel plate or layer (17) made of double refractive material, the same thickness as the first has plane-parallel plate or layer and its optical axis is at right angles with respect to the incident beam and to the optical axis of the first plane-parallel Plate or layer runs.

5. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the two further reflection surfaces are stepped by two mutually offset boundary surfaces (52 and 53) of the optically isotropic medium are formed.

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the first and the second reflective surface (27-3 and 18-3 or 52-4 and 38-4) and the two further reflection surfaces (28-3 and 20-3 or 53-4 and 38-4) each have an acute angle form to each other.

7. Arrangement according to claim 1 and 6, characterized in that a first and a second plane-parallel plate or layer (14-3 and 15-3 or 34-4 and 35-4) made of double refractive material on both sides of an optically isotropic Medium are surrounded that boundary surfaces behind in the direction of incidence of rays parts of the optically isotropic that are located in the birefringent plates or layers Medium the second reflection surface (18-3 or 38-4) and one of the other two Reflecting surfaces (20-3 or 38-4) form and that the optical axis of one of the two double refracting plates or layers perpendicular to the incident beam and runs to the optical axis of the other birefringent plate or layer. B.

Arrangement according to Claim 1, 6 and 7, characterized in that the two are doubled refractive plates or layers (14-3 and 15-3) arranged opposite one another are and form an acute angle open in the beam exit direction that on the one hand the first reflective surface (27-3) with the additional reflective surface (20-3) assigned to it and on the other hand the second reflective surface (18-3) with the additional one assigned to it Reflection surface (28-3) each run parallel and that the first and the second Reflection surface are arranged so that the two reflected beam parts at least approximately at one point of the second plane-parallel plate or Cut the reflective surface (28-3) formed by the layer.

9. Arrangement according to claim 1, 6 and 7, characterized in that the two double refracting plates or Layers (34-4 and 35-4) are arranged in a plane next to each other and that on the radiation incidence side opposite them an additional one, the optically isotropic one Medium-delimiting reflective surface (40-4) is located, leading to the second reflective surface (38-4) runs parallel and on which of the first and second reflection surface (52-4 and 38-4) refracted parts of the rays at least approximately at the same point (41-4) hit.

10. Arrangement according to claim 1 to 9, characterized in that that the refractive index of the optically isotropic medium (z. B. 10) at least approximately corresponds to the high refractive index of the double refractive material.

11th Arrangement according to Claims 1 to 10, characterized in that the optically isotropic Material is air.

12. Arrangement according to claim 1 to 11, characterized in that that the double refractive plates or layers (z. B. 15 or 17) to the the The sides facing away from the direction of incidence of the radiation are coated with a material, its refractive index at least approximately with the low refractive index of the double refractive material of the plates or layers.

13. Arrangement according to claims 1 to 12, characterized in that the double-refracting plates or layers (e.g. 15) are formed as thin layers.