DD158957A1 - DEVICE FOR DEFLECTING A LIGHT BEAM - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahles um einen bestimmten Winkel oder in einem Winkelintervall mit Hilfe eines drehbaren, gekruemmten Spiegels und bezieht sich auf das Gebiet der Optik. Ziel der Erfindung ist eine veraenderliche Ablenkung eines Lichtstrahles mit geringen Anforderungen an Justieraufwand und -genauigkeit und es besteht die Aufgabe eine solche Loesung zu erarbeiten, bei der der Winkel der Strahlablenkung kleiner oder hoechstens gleich dem Bewegungswinkel des strahlablenkenden Elementes ist. Die Aufgabe wird geloest , indem das strahlablenkende Element so ausgebildet ist, dass zumindest ein Teil der Umrandungslinie des Querschnittes des strahlablenkenden Elementes senkrecht zu seiner Bewegungsachse eine dem Kurvenstueck einer Spirale entsprechenden Form aufweist. Die Erfindung kann bei optisch-mechanischen Abtastsystemen oder in Strahlablenkungssystemen angewandt werden.The invention relates to a device for deflecting a light beam by a certain angle or at an angular interval by means of a rotatable, curved mirror and relates to the field of optics. The aim of the invention is a veraenderliche deflection of a light beam with low demands on Justieraufwand and accuracy and there is the task to develop such a solution in which the angle of the beam deflection is smaller or at most equal to the angle of movement of the beam deflecting element. The object is achieved by designing the beam-deflecting element such that at least a part of the border line of the cross-section of the beam-deflecting element has a shape corresponding to the curve piece of a spiral perpendicular to its axis of motion. The invention can be applied to opto-mechanical scanning systems or beam deflection systems.
Description
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Einriehtung zum Ablenken eines LichtstrahlesArrangement for deflecting a light beam
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum veränderlichen Ablenken eines Lichtstrahles um einen bestimmten Winkel oder in einem Winkelintervall. Ihre Anwendung ist überall dort möglich, wo eine zeilenweise Abtastung eines Objektes in Huhe oder in der Bewegung erfolgt. Weiterhin ist die Erfindung insbesondere überall dort anwendbar, wo mit geringem Justieraufwand bei größtmöglicher Genauigkeit ein kleiner Strahlablenkwinkel erzielt werden soll.The invention relates to a device for variably deflecting a light beam by a certain angle or in an angular interval. Its application is possible wherever a line-by-line scanning of an object takes place in silence or in motion. Furthermore, the invention is particularly applicable everywhere where a small beam deflection is to be achieved with little adjustment effort with the greatest possible accuracy.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Einrichtungen mit ebenen Spiegeln zur veränderlichen Ablenkung eines Lichtstrahles in einem bestimmten Winkel oder in einem bestimmten Winkelintervall sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Hinweise sind dazu in den allgemeinen Lehrbüchern der Optik, wie z. B. Grimsehl "Lehrbuch der Physik" Band 3 - Optik >0 16· Auflage S. 44, Leipzig 1968 enthalten. Im einfachsten Fall wird die Strahlablenkung eines Lichtstrahles dadurch erreicht, daß ein ebener Spiegel um eine Achse drehbar im Strahlengang angeordnet wird. Durch die Drehung des Spiegels um einen bestimmten Winkel erfolgt dabei eine Ablenkung des Lichtstrahles >5 um den doppelten Betrag des Spiegeldrehwinkels. Characteristics of the known technical solutions: Devices with flat mirrors for the variable deflection of a light beam at a certain angle or in a certain angular interval are known in various embodiments. Hints are in the general textbooks of optics, such. B. Grimsehl "Textbook of Physics" Volume 3 - Optics> 0 16 · edition p. 44, Leipzig 1968 included. In the simplest case, the beam deflection of a light beam is achieved in that a plane mirror is arranged rotatable about an axis in the beam path. By the rotation of the mirror by a certain angle thereby takes place a deflection of the light beam> 5 by twice the amount of the mirror rotation angle.
Werden nun aus bestimmten Gründen nur kleine Ablenkwinkel etwa im Minutenbereich oder Bruchteile davon, wie das insbesondere in der Lasertechnik üblich ist, gewünscht, steht für den Betrag des Drehwinkels des Spiegels nur ein sehr kleiner WertIf, for certain reasons, only small deflection angles in the range of minutes or fractions thereof, as is customary in laser technology in particular, are desired, the amount of the angle of rotation of the mirror is only a very small value
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zur Verfügung. Diese Tatsache stellt äußerst hohe Ansprüche an die Justiergenauigkeit und Bewegungsgenauigkeit des Spiegels. Andererseits wirken sich Justierfehler des Spiegels, wie bereits weiter oben ausgeführt, um das doppelte verstärkt auf den Ablenkwinkel des Lichtstrahles aus. Die Justiergenauigkeit muß also immer wesentlich größer als die Genauigkeit der Strahlablenkung sein. Weiterhin erweist es sich als nachteilig, wenn das bewegliche strahlablenkende Element, d. h. der drehbare Spiegel, aus technischen Gründen sehr klein gehalten werden muß. In diesem Falle werden die Anforderungen an die Justier- und Bewegungsgenauigkeit noch potenziert. In der Technik sind noch eine Reihe von Prismenanordnungen bekannt, die zur Strahlablenkung eines Lichtstrahles eingesetzt werden können. Diese erfordern aber neben erhöhten technischökonomischen Aufwendungen zu ihrer Herstellung und Montage, ebenfalls vergrößerte Ansprüche an die Justagegenauigkeit. Hier wirkt sich auch y/eiterhin das Problem der richtigen Auswahl der entsprechenden Glassorte negativ auf eine breite Anwendungsmöglichkeit aus.to disposal. This fact makes extremely high demands on the adjustment accuracy and movement accuracy of the mirror. On the other hand, adjustment errors of the mirror, as already explained above, have a double effect on the deflection angle of the light beam. The adjustment accuracy must therefore always be much greater than the accuracy of the beam deflection. Furthermore, it proves to be disadvantageous if the movable beam deflecting element, d. H. the rotatable mirror, for technical reasons, must be kept very small. In this case, the requirements for the adjustment and movement accuracy are even more potentiated. In the art, a number of prism arrays are known, which can be used for beam deflection of a light beam. But these require not only increased technical and economic expenses for their manufacture and assembly, also increased demands on the alignment accuracy. Here, too, the problem of the correct selection of the corresponding type of glass adversely affects a wide range of applications.
Ziel der Erfindung ist es, eine veränderliche Ablenkung eines Lichtstrahles um einen bestimmten Winkel oder in einem Winkelintervall mit geringen Anforderungen an den Just ieraufwand und die Justiergenauigkeit bei größtmöglicher Genauigkeit der Strahlablenkung zu erreichen. Es soll dabei eine solche Lösung angestrebt werden, bei der das gesamte System sehr klein gehalten werden kann und nur geringe Anforderungen an seine Bewegungsgenauigkeit gestellt "/erden.The aim of the invention is to achieve a variable deflection of a light beam by a certain angle or in an angular interval with low demands on the Just ieraufwand and the Justiergenauigkeit with the greatest possible accuracy of the beam deflection. It should be sought in such a solution, in which the entire system can be kept very small and made only small demands on his movement accuracy "/ ground.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung zu erarbeiten, bei der der Winkel der Strahlablenkung kleiner oder höchstens gleich dem Bewegungswinkel des strahlablenkenden Elementes selbst ist. Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahles mit einem um eine Achse beweglichen strahlablenkenden Element, dadurch gelöst, daß die Bewegungsachse des strahlablenkenden Elementes etwa senkrechtThe invention is based on the object to develop a solution in which the angle of the beam deflection is smaller or at most equal to the angle of movement of the beam deflecting element itself. The object is achieved by a device for deflecting a light beam with a beam deflecting element movable about an axis, characterized in that the axis of movement of the beam deflecting element approximately perpendicular
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zum einfallenden Lichtstrahl angeordnet ist und daß zumindest ein Teil der Umrandungs1inie des senkrecht zur Bewegungsachse liegenden Querschnitts des strahlablengenden Elementes eine dem Kurvenstück einer Spirale entsprechende Form aufweist, wobei die Oberfläche des strahlablenkenden Elements zumindest auf diesem spiraligen Teil eine Verspiegelung enthält. Die Eorm des Kurvenstückes ist durch eine Gleichung des Typs:is arranged to the incident light beam and that at least a part of the Umrandungs1inie lying perpendicular to the axis of movement axis cross-section of Strahlantengenden having a curve of a spiral corresponding shape, wherein the surface of the beam deflecting element at least on this spiral part contains a mirror coating. The Eorm of the curve piece is by an equation of the type:
r («) = r0 [cos \ J .r («) = r 0 [cos \ J.
in einem Polarkoordinatensystem bestimmt. Dabei ist r (ω ) ein Maß für den Abstand eines Punktes auf der Oberfläche des strahlablenkenden Elementes vom Koordinatenursprung,determined in a polar coordinate system. R (ω) is a measure of the distance of a point on the surface of the beam-deflecting element from the origin of coordinates,
to ein Maß für den Drehwinkel des strahlablenkenden Elementes, k das Verhältnis von Drehwinkel zum halben Ablenkwinkel und r ein Maß für den Anfangsradius des strahlablenkenden Elements. Die Bewegungsachse des strahlablenkenden Elementes ist durch den Ursprung des Polarkoordinatensystems in senkrechter Sichtung zur Eadiuskoordinate gelegt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, daß die Umrandung siinie des strahlablenkenden Elementes vollständig aus mehreren Sinzelstücken von Spiralkurven zusammengesetzt ist. Dabei besteht weiterhin die Möglichkeit, daß die Einzelstücke entweder aus jeweils verschiedenen oder aus jeweils den gleichen Teilen der Spiralkurve bestehen. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, eine Strahlablenkung eines Lichtstrahles um einen bestimmten Winkel oder in einem Winkelintervall mit hoher Genauigkeit, auch im kleineren Winkelbereich, zu erreichen. Dabei bestehen nur solche Anforderungen an die Justiergenauigkeit für das strahlablenkende Element, wie sie an die Genauigkeit der Strahlablenkung selbst gestellt werden. Es ist ohne weiteres möglich, das strahlablenkende Element sehr klein zu halten. to a measure of the angle of rotation of the beam deflecting element, k the ratio of angle of rotation to half the deflection angle and r is a measure of the initial radius of the beam deflecting element. The axis of movement of the beam deflecting element is placed through the origin of the polar coordinate system in a perpendicular view to the Eadiuskoordinate. In other embodiments of the invention, it is possible for the borderline of the beam deflecting element to be composed entirely of several individual pieces of spiral curves. In this case, there is still the possibility that the individual pieces either consist of different or each of the same parts of the spiral curve. With the device according to the invention, it is possible to achieve a beam deflection of a light beam by a certain angle or in an angular interval with high accuracy, even in the smaller angular range. There are only such requirements for the alignment accuracy for the beam deflecting element, as they are placed on the accuracy of the beam deflection itself. It is readily possible to keep the beam deflecting element very small.
Die Erfindung soll an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert werden. Es zeigen die Fig. 1 : den Querschnitt eines strahlablenkenden Elementes und dieThe invention will be explained in more detail with reference to the examples shown in the drawings. FIG. 1 shows the cross section of a beam deflecting element and FIG
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Mg. 2: den Querschnitt eines weiteren strahlablenkendenMg. 2: the cross section of another beam deflecting
Elementes.Element.
Gemäß Fig. 1 befindet sich das strahlablenkende Element 1 im Strahlengang eines einfallenden Lichtstrahles 6. Die Bewegungsachse 2 des strahlablenkenden Elementes 1 ist senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl 6 angeordnet. Zur besseren Übersichtlichkeit ist das strahlablenkende Element 1 im Querschnitt senkrecht zu seiner Bewegungsachse 2 dargestellt. Ebenso ist von der Bewegungsachse 2 nur der Schnittpunkt mit der Querschnittsebene eingezeichnet. Ein Teil der Umrandungslinie 3 des Querschnitts des strahlablenkenden Elementes 1 senkrecht zu seiner Bewegungsachse 2, weist eine dem Kurvenstück einer Spirale entsprechende Form auf. Legt man in die Querschnittsebene ein Polarkoordinatensystem, so daß ""der--Koordinatenursprung mit dem Schnittpunkt der Bewegungsachse 2 in der Querschnittsebene identisch ist, so läßt sich der Verlauf dieses Kurvenstückes durch eine Gleichung des Typs:According to FIG. 1, the beam-deflecting element 1 is located in the beam path of an incident light beam 6. The movement axis 2 of the beam-deflecting element 1 is arranged perpendicular to the incident light beam 6. For clarity, the beam-deflecting element 1 is shown in cross-section perpendicular to its axis of movement 2. Likewise, only the intersection with the cross-sectional plane is drawn from the movement axis 2. A part of the border line 3 of the cross-section of the beam-deflecting element 1 perpendicular to its axis of movement 2, has a shape corresponding to the curve piece of a spiral. Placing a polar coordinate system in the cross-sectional plane such that the coordinate origin is identical to the intersection of the axis of motion 2 in the cross-sectional plane, the course of this curve segment can be given by an equation of the type:
r (^) = r0 f =os |] K beschreiben. Dabei stellt r (1^) ein Maß für den Abstand eines Punktes auf der Oberfläche 3 des strahlablenkenden Elementes 1 vom Koordinatenursprung, <x> ein Maß für den Drehwinkel 4 des strahlablenkenden Elementes 1 und r ein Maß für den Anfangsradius des strahlablenkenden Elementes 1 dar. K gibt das Verhältnis von Drehwinkel zur Hälfte des Ablenkwinkeis 5 an und ist im dargestellten Fall gleich Zwei. Die Bewegungsachse 2 des strahlablenkenden Elementes 1 ist durch den Ursprung des Polarkoordinatensystems in senkrechter Richtung zur RadiuskoOrdinate gelegtr (^) = r 0 f = os |] K. Here r ( 1 ^) represents a measure of the distance of a point on the surface 3 of the beam deflecting element 1 from the coordinate origin, <x> is a measure of the angle of rotation 4 of the beam deflecting element 1 and r is a measure of the initial radius of the beam deflecting element 1 K indicates the ratio of rotational angle to half of the deflection angle 5 and is equal to two in the illustrated case. The movement axis 2 of the beam deflecting element 1 is placed through the origin of the polar coordinate system in the direction perpendicular to the radius coordinate
Die gesamte Oberfläche des strahlablenkenden Elementes 1, die durch die Umrandungslinie 3 im Querschnittsbild repräsentiert ist, v/eist spiegelnde Eigenschaften auf» In dieser Ausführungsform ist das strahlablenkende Element 1 für eine Strahlablenkung innerhalb eines Ablenkwinkels 5 von 0° bis 180° geeignet. Bei einer gleichmäßigen Drehung des strahlablenkenden Elementes 1 um die Bewegungsachse 2 wird ein einfallender Lichtstrahl 6 immer um den Drehwinkel 4 der Drehung abgelenkt, so daß der einfallende Lichtstrahl 6 und der reflektierte Lichtstrahl 7 einen Ablenkwinkel 5 von The entire surface of the beam deflecting element 1, which is represented by the boundary line 3 in the cross-sectional image, has specular properties. In this embodiment, the beam deflecting element 1 is suitable for beam deflection within a deflection angle 5 of 0 ° to 180 °. With a uniform rotation of the beam deflecting element 1 about the movement axis 2, an incident light beam 6 is always deflected by the rotation angle 4 of the rotation, so that the incident light beam 6 and the reflected light beam 7 has a deflection angle of 5
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immer der gleichen Größe wie der Drehwinkel 4 einschließen. Beträgt der Drehwinkel 4 beispielsweise 45° gemäß der Darstellung in Pig. 1, so ist der Ablenkwinkel 5 zwischen einfallenden Lichtstrahl 6 und dem reflektierten Lichtstrahl 7 von gleicher Größe. Durch die geeignete Wahl des Paktors K ist es in einer anderen Ausführungsform der Erfindung möglich, ein anderes Verhältnis von Drehwinkel 4 und Ablenkwinkel 5 festzulegen» Wählt man beispielsweise K = 20 so bewirkt ein Drehwinkel 4 von beispielsweise 45° einen Ablenkwinkel 5 von nur 4,5 . Dieses Verhältnis ist nach den technischen Erfordernissen unabhängig und frei wählbar. Pur eine Ablenkung eines Lichtstrahles wie sie z. B. in schnellen Abtastsystemen erwünscht ist, ist das in Figo 2 dargestellte strahlablenkende Element 1 geeignet. Die Umrandungslinie 3 des strahlablenkenden Elementes 1 ist dabei vollständig aus mehreren Einzelstücken von Spiralkurven zusammengesetzt.always the same size as the angle of rotation 4 include. If the angle of rotation 4 is, for example, 45 ° as shown in Pig. 1, the deflection angle 5 between the incident light beam 6 and the reflected light beam 7 is the same size. By a suitable choice of the factor K, it is possible in another embodiment of the invention to define a different ratio of angle of rotation 4 and deflection angle 5. If, for example, K = 20, a rotation angle 4 of, for example, 45 ° causes a deflection angle 5 of only 4, 5. This ratio is independent and freely selectable according to the technical requirements. Pur a distraction of a light beam as z. B. is desirable in fast scanning systems, the beam deflecting element 1 shown in Figo 2 is suitable. The border line 3 of the beam deflecting element 1 is completely composed of several individual pieces of spiral curves.
Ss besteht die Möglichkeit, die Kurvenstücke wie im dargestellten Pail identisch auszubilden, aber auch voneinander unterschiedliche Kurvenstücke die der Gleichung gemäß Pig.1 genügen um die gemeinsame Bewegungsachse 2 anzuordnen. Das Verhältnis K ist in Pig. 2, so gewählt, daß bei einer Drehung des strahlablenkenden Elementes 1 um 90 der einfallende Lichtstrahl 6 derartig reflektiert wird, daß der zwischen einfallenden Lichtstrahl 6 und reflektierten Lichtstrahl 7 eingeschlossene Ablenkwinkel 5 sich von 0° bis 36° linear ansteigend ändert. Bei einer weiteren Drehung springt der Ablenkwinkel wieder auf 0° und steigt anschließend erneut linear auf 36°O Damit wird ein Umspringen des reflektierten Lichtstrahles 7 von einem Ende des Ablenkbereiches zum Anfang zurück in einer sehr kleinen Zeiteinheit ermöglicht.It is possible to make the curve pieces identical, as in the illustrated pail, but also different curve pieces which satisfy the equation according to Pig.1 in order to arrange the common movement axis 2. The ratio K is in Pig. 2, chosen so that upon rotation of the beam deflecting element 1 by 90 of the incident light beam 6 is reflected such that the trapped between incident light beam 6 and reflected light beam 7 deflection angle 5 changes from 0 ° to 36 ° linearly increasing. In a further rotation of the deflection angle jumps back to 0 ° and then increases again linearly to 36 ° O This allows jumping the reflected light beam 7 from one end of the deflection to the beginning back in a very small time unit.
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Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD22970081A DD158957A1 (en) | 1981-05-04 | 1981-05-04 | DEVICE FOR DEFLECTING A LIGHT BEAM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD22970081A DD158957A1 (en) | 1981-05-04 | 1981-05-04 | DEVICE FOR DEFLECTING A LIGHT BEAM |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD158957A1 true DD158957A1 (en) | 1983-02-09 |
Family
ID=5530719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD22970081A DD158957A1 (en) | 1981-05-04 | 1981-05-04 | DEVICE FOR DEFLECTING A LIGHT BEAM |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD158957A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018036959A1 (en) | 2016-08-23 | 2018-03-01 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Mirror tower, arrangement having a mirror tower, and microscope |
-
1981
- 1981-05-04 DD DD22970081A patent/DD158957A1/en unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018036959A1 (en) | 2016-08-23 | 2018-03-01 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Mirror tower, arrangement having a mirror tower, and microscope |
| DE102016215847A1 (en) | 2016-08-23 | 2018-03-01 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Mirror tower, arrangement with mirror tower and microscope |
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