DD255799A1

DD255799A1 - ARRANGEMENT FOR MEASURING DIRECTIONS BZW. ANGLE DISCONNECTED BEAM BANNER

Info

Publication number: DD255799A1
Application number: DD29598086A
Authority: DD
Inventors: Dieter Hubrich; Ulrich Laack; Peter Rabe; Juergen Pudenz; Wilfried Weigold
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-11-06
Filing date: 1986-11-06
Publication date: 1988-04-13
Also published as: DE3726500A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen von Richtungen bzw. Winkeln abgelenkter Strahlenbündel, dort, wo die Strahlung aus Sicherheitsgründen selbst nicht messbar ist bzw. sich zum Messen nicht geeignet, z.B. zu schwach ist. Anwendung beispielsweise auch in der Ingenieurgeodäsie und allgemein zum Abtasten von Bildfeldern mit Strahlen. Über das optische Ablenkelement, beispielsweise Spiegel, Prismen, Keile, wird ein zweiter Strahl als Messstrahl geführt, der damit die gleiche Ablenkung wie das primäre Strahlenbündel erfährt und über eine Detektoranordnung, beispielsweise CCD-Zeile, unmittelbar die Messwerte liefert. Fig. 1{Messen; Winkel; Ablenkung; Strahlenbündel; Spiegel; Prismen; Keile; Messstrahl; Detektoranordnung; CCD-Zeile; Abtasten; Bildfelder}The invention relates to an arrangement for measuring directions or angles of deflected beams, where the radiation itself is not measurable for safety reasons or is not suitable for measuring, e.g. too weak. Application, for example, in engineering geodesy and in general for scanning image fields with rays. About the optical deflecting element, such as mirrors, prisms, wedges, a second beam is guided as a measuring beam, which thus experiences the same deflection as the primary beam and a detector array, such as CCD line, directly delivers the readings. Fig. 1 {measuring; Corner; Deflection; Ray beam; Mirror; prisms; wedges; Measuring beam; Detector assembly; CCD line; Scan; Frames}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Das Anwendungsgebiet der Erfindung umfaßt Anordnungen, wo mit optischen Mitteln (Spiegel, Prismen, Keile) abgelenkte Strahlenbündel in ihrer Richtung zu einer Ausgangslage auszumessen sind.The field of application of the invention comprises arrangements where by optical means (mirrors, prisms, wedges) deflected beams are to be measured in their direction to a starting position.

Die Anwendung erfolgt meist dort, wo die Strahlung aus Sicherheitsgründen nicht meßbar ist bzw. dort, wo sich die Strahlung selbst zum Messen nicht eignet, z. B. zu schwach ist.The application is usually done where the radiation is not measurable for safety reasons or where the radiation itself is not suitable for measuring, z. B. is too weak.

Anwendung beispielsweise in der Ingenieurgeodäsie und allgemein zum Abtasten von Bildfeldern mit Strahlen.Application, for example, in engineering geodesy and in general for scanning image fields with rays.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Ablenkung von Strahlenbündeln oder beim Scanning finden meist Drehspiegel (Polygone), Schwingspiegel oder Drehkeile Anwendung. Bei Drehspiegelanordnungen wird die Ablenkung als Funktion der Drehgeschwindigkeit und Anzahl der Polygonflächen berechnet.Rotary mirrors (polygons), oscillating mirrors or rotary wedges are usually used to deflect beam bundles or during scanning. For rotating mirror arrays, the deflection is calculated as a function of rotational speed and number of polygon areas.

Bei Forderung nach geringen Totzeiten und bei relativ kleinen Ablenkwinkeln wird die Anzahl von Flächen auf dem Polygon sehr groß und die Herstellung dieser Optik sehr aufwendig.When demand for low dead times and relatively small deflection angles, the number of surfaces on the polygon is very large and the production of this optics very expensive.

Bei Ablenkung der Strahlenbündel mittels Schwing-oder Pendelspiegeln wird der Ablenkwinkel bisher durch die Schwingungsparameter Frequenz und Amplitude bestimmt.When deflecting the beam by means of oscillating or pendulum mirrors of the deflection angle is previously determined by the vibration parameters frequency and amplitude.

Schwing-oder Pendelspiegel beseitigen zwar die Mängel der Drehspiegel bei obiger Forderung, sie setzen jedoch, wenn die Zeit als Meßgröße verwendet wird, eine genaue Kenntnis der Frequenz und der Amplitude voraus, und die Ablenkung ist mit einer Sinusfunktion verknüpft. Dreh keile können bei konstanter Drehzahl auch auf eine Zeitmessung in ihrer Ablenkung zu rückgeführt werden und sind dann ebenfalls mit der Winkelfunktion verbunden. Eine direkte Winkelablenkung der Stellung des Drehkeilpaares ist mit größerem Aufwand verbunden.Oscillating or pendulum mirrors eliminate the deficiencies of the rotating mirror in the above requirement, however, if the time is used as a measured variable, they require an exact knowledge of the frequency and the amplitude, and the deflection is associated with a sine function. Rotary wedges can be returned to a time measurement in their deflection at a constant speed and are then also connected to the angular function. A direct angular deflection of the position of the rotary wedge pair is associated with greater effort.

Allen bekannten Systemen lastet der Mangel an, daß die Ablenkung unter Berücksichtigung nichtlinearer Funktionen nur indirekt gemessen werden kann.All known systems suffer from the shortcoming that the deflection can be measured only indirectly, taking into account nonlinear functions.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der aufgeführten Mängel des Standes der Technik und die Schaffung einer Anordnung, die mit relativ geringem Aufwand und hoher Genauigkeit die Ablenkung von Strahlenbündeln mißt.The aim of the invention is to eliminate the listed deficiencies of the prior art and to provide an arrangement that measures the deflection of beams with relatively little effort and high accuracy.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zuschaffen, bei der ständig eine proportionale Beziehung zwischen Ablenkung und geometrischer Strahlenmeßvorrichtung vorliegt.The invention has the object zaffaffen an arrangement in which there is always a proportional relationship between deflection and geometric Strahlmeßvorrichtung.

Erfindungsgemäß wird diese Ausgabe bei einer derartigen Anordnung zum Messen von Richtungen bzw. Winkeln abgelenkter Strahlenbündel, die vorzugsweise zur Abtastung von Bildfeldern dienen, wobei die Ablenkung der Strahlenbündel mit Hilfe optischer Ablenkelemente erfolgt, dadurch gelöst, daß ein zweites Strahlenbündel als Meßstrahlenbündel über das optische Ablenkelement auf eine Detektoranordnung trifft und daß Koppelmittel vorgesehen sind, die eine Steuereinheit der optischen Ablenkelemente mit der Detektoranordnung zur Ablenkung des Strahlenbündels verbinden und/oder Koppelmittel vorgesehen sind, die eine Steuereinheit der Lichtquelle des Strahlenbündels mit der Detektoranordnung zur Energieänderung oder Modulation des Strahlenbündels verbinden.According to the invention, in such an arrangement for measuring directions or angles of deflected radiation beams, which preferably serve to scan image fields, the deflection of the radiation beams being effected by means of optical deflection elements, this release is achieved in that a second radiation beam acts as a measuring beam over the optical deflection element encounters a detector arrangement and that coupling means are provided which connect a control unit of the optical deflection with the detector array for deflecting the beam and / or coupling means are provided which connect a control unit of the light source of the beam with the detector arrangement for energy change or modulation of the beam.

Es ist möglich, daß das Meßstrahlenbündel mehrfach über das optische Ablenkelement geführt wird, um eine Vergrößerung zu erzielen.It is possible that the measuring beam is repeatedly passed over the optical deflector to achieve an enlargement.

Vorteilhaft ist, daß das Meßstrahlenbündel über die Rückseite einer zweiseitig verspiegelten Planplatte, dem Ablenkelement, geführt wird.It is advantageous that the measuring beam is guided over the back of a two-sided mirrored plane plate, the deflection.

Außerdem ist es möglich, daß das Meßstrahlenbündel durch ein anderes Ablenkelement, durch zwei sich gegenläufig drehende optische Keile geführt wird.In addition, it is possible that the measuring beam is passed through another deflecting element, by two counter-rotating optical wedges.

Zur Ablenkung kann ebenfalls ein Prisma dienen.For deflection, a prism can also serve.

Vorteilhaft ist ferner, als Detektoranordnung CCD-Zeilen zu verwenden.It is also advantageous to use CCD lines as the detector arrangement.

Die Vorteile der Anordnung bestehen darin, durch die Ablenkung des Meßstrahlenbündels, die genauso groß ist wie die des primären Strahlenbündels, die Meßwerte unmittelbar über die Detektoranordnung, beispielsweise CCD-Zeile, geliefert werden.The advantages of the arrangement consist in the fact that, as a result of the deflection of the measuring beam which is the same size as that of the primary beam, the measured values are supplied directly via the detector arrangement, for example a CCD line.

Durch die Detektoranordnung ist eine direkte Zuordnung zum Ablenkwinkel möglich. Es besteht keine Abhängigkeit von Zeit, Frequenz und Amplitude.By the detector arrangement, a direct assignment to the deflection angle is possible. There is no dependence on time, frequency and amplitude.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werdenThe invention will be explained in more detail in two embodiments

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: In the accompanying drawings show:

Fig. 1: Schematischer Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung, Schwingspiegel als Ablenkelement Fig. 2: Schematischer Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung, Drehkeile als Ablenkelement.Fig. 1: Schematic structure of the inventive arrangement, oscillating mirror as a deflection Fig. 2: Schematic structure of the arrangement according to the invention, rotary wedges as a deflection.

Ausführungsbeispiel 1:Embodiment 1

Fig. 1: Ein Schwingspiegel 1, der eine zweiseitig verspiegelte Planplatte sein kann, ist in seinem Masseschwerpunkt oder Mittelpunkt 2 drehbar gelagert. Ein Magnet 3 und ein Ausgleichsgewicht 4 sind mit einer Spule 5 zur Fremderregung einer erforderlichen Frequenz und Amplitude gekoppelt. Damit kann das System Drehschwingungen um die Achse 2 ausführen. Das abzulenkende Strahlenbündel 6, beispielsweise Laserlicht, wird über den Schwingspiegel 1 geführt und erfährt eine Ablenkung α bei Drehung des Schwingspiegels umFig. 1: An oscillating mirror 1, which may be a two-sided mirrored plane plate, is rotatably mounted in its center of mass or center 2. A magnet 3 and a balance weight 4 are coupled to a coil 5 for external excitation of a required frequency and amplitude. Thus, the system can perform torsional vibrations about the axis 2. The deflected beam 6, for example laser light, is guided over the oscillating mirror 1 and undergoes a deflection α upon rotation of the oscillating mirror

Um den Winkel der Ablenkung dieses Strahlenbündels 6 feststellen zu können, wird über die Optik 7 zur Erzeugung eines parallelen Strahlengangs, über die zweite verspiegelte Seite des Schwingspiegels 1 und über die Optik 9 zur Strahlenbündelung eine Lichtquelle 8 auf die Detektoranordnung 10 abgebildet. Die Lichtquelle 8 kann beispielsweise eine Lumineszenzdiode, die Detektoranordnung 10 vorzugsweise eine CCD-Zeile sein.In order to be able to determine the angle of deflection of this beam 6, a light source 8 is imaged onto the detector arrangement 10 via the optics 7 for generating a parallel beam path, via the second mirrored side of the oscillating mirror 1 and via the optics 9 for beam focusing. The light source 8 may, for example, be a light-emitting diode, the detector arrangement 10 preferably a CCD line.

Diese abgebildete Lichtquelle 8 markiert bei Schwenkung die gleiche Winkelablenkung α auf der Detektoranordnung 10 wie das Strahlenbündel 6 und kann somit unmittelbar zur Lagebestimmung dieses Strahlenbündels 6 verwendet werden. Strahlenbündel und Meßstrahlenbündel müssen in einer Ebene, der Schwingebene des Spiegels, liegen. Anstelle des Schwingspiegels kann ebenso ein Prisma Verwendung finden.This imaged light source 8 marked at pivoting the same angular deflection α on the detector assembly 10 as the beam 6 and can thus be used directly for determining the position of this beam 6. Beams and Meßstrahlenbündel must lie in one plane, the rocker plane of the mirror. Instead of the oscillating mirror, a prism can also be used.

Ausführungsbeispiel 2:Embodiment 2:

Fig. 2: Anstelle eines Schwingspiegels können ebenso zwei sich gegenläufig drehende optische Keile 14 als Ablenksystem eingesetzt werden.Fig. 2: Instead of a vibrating mirror as well as two counter-rotating optical wedges 14 can be used as a deflection system.

Das Meßstrahlenbündel 19, von einer Strahlenquelle, beispielsweise einer Lumineszenzdiode 11 erzeugt, trifft über eine Optik zur Erzielung parallelen Lichts 12 auf die Drehkeile 14, wird dort abgelenkt und gelangt über eine zweite Optik zur Strahlenbündelung 13 auf die Detektoranordnung 15.The measuring beam 19, generated by a radiation source, for example a light-emitting diode 11, strikes the rotary wedges 14 via an optical system for obtaining parallel light 12, is deflected there and reaches the detector arrangement 15 via a second optical system for beam focusing 13.

Strahlenbündel 16, Meßstrahlenbündel 19 und Drehachse der Keile 18 müssen in einer Ebene und parallel zueinander liegen.Beams 16, measuring beams 19 and axis of rotation of the wedges 18 must lie in one plane and parallel to each other.

Claims

An arrangement for measuring the direction or the angle of deflection of beams, which preferably serve for scanning of image springs, wherein the deflection of the beam by means of optical deflection takes place, characterized in that a second beam as Meßbebelel on the optical deflection on a detector array and that coupling means are provided which connect a control unit of the optical deflection with the detector array for deflecting the beam and / or coupling means are provided which connect a control unit of the light source of the beam with the detector arrangement for energy change or modulation of the beam.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring beam is guided several times over the optical deflection element.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the measuring beam over the back of a two-sided mirrored plane plate, the deflection is performed.

4. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the measuring beam is guided by two counter-rotating optical wedges.

5. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the optical deflection element is a prism.

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that preferably CCD lines are used as the detector arrangement.