DE10117402A1 - Strahlformungsmittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strahlformungsmittel (1) zur Umformung eines elliptischen Strahlquerschnitts (8) mit einer kleinen Halbachse (10) und einer großen Halbachse (9) in einen kreisförmigen Strahlquerschnitt (14). DOLLAR A Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strahlformungsmittel vorzuschlagen, mittels dessen eine große Verformung des Strahlquerschnitts in einem Schritt erreicht wird. DOLLAR A Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass das Strahlformungsmittel (1) die kleine Halbachse (10) streckt und die große Halbachse (9) staucht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahlformungsmittel zur Umformung eines elliptischen Strahlquerschnitts in einen kreisförmigen Strahlquerschnitt.

Derartige Strahlformungsmittel werden z. B. in Geräten zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger eingesetzt, um den elliptischen Strahlquerschnitt einer Laserdiode in einen kreisförmigen Strahlquerschnitt umzuformen und so den Aufzeichnungsträger homogen auszuleuchten.

Ein solches Strahlformungsmittel, das in einem Gerät zum Lesen optischer Aufzeichnungsträger eingesetzt wird, ist aus der US 4,333,173 bekannt. Das vorgestellte Strahlformungsmittel weist ein Prisma auf, das die kleine Halbachse des elliptischen Strahlquerschnitts soweit streckt, daß sie den Wert der großen Halbachse annimmt.

Ein Nachteil dieses Strahlformungsmittels ist, daß es nicht möglich ist, einen stark elliptischen Strahlquerschnitt, wie er beispielsweise von blauen Laserdioden erzeugt wird, in einem Schritt in einen kreisförmigen Strahlquerschnitt umzuformen. Dies gelingt nur durch das Hintereinanderschalten mehrerer Strahlformungsmittel.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strahlformungsmittel vorzuschlagen, mittels dessen eine große Verformung des Strahlquerschnitts in einem Schritt erreicht wird.

Ein erfindungsgemäßes Strahlformungsmittel wandelt einen ersten Strahlquerschnitt, der zwei Vorzugsrichtungen entsprechend einem minimalen und einem maximalen Durchmesser aufweist, in einen zweiten Strahlquerschnitt um, indem es den Strahl in Richtung des kleineren Durchmessers streckt und in Richtung des größeren Duchmessers staucht. Vorzugsweise ist der erste Strahlquerschnitt ein elliptischer Querschnitt. Die Vorzugsrichtungen sind dann die große und die kleine Halbachse. Aber auch das Umformen eines anderem Querschnitts mit zwei Vorzugsrichtungen ist möglich. Vorzugsweise ist der zweite Strahlquerschnitt kreisförmig, aber auch ein schwächer elliptischer Querschnitt kann durch das Strahlformungsmittel erzeugt werden. Durch Umkehrung des Strahlenganges ist es zudem möglich, einen kreisförmigen oder schwach elliptischen Querschnitt in einen stark elliptischen Querschnitt umzuwandeln.

Die gleichzeitige Wirkung des Strahlformungsmittels auf beide Vorzugsrichtungen des Strahlquerschnitts hat den Vorteil, daß sich große Verformungen des Querschnitts in nur einem Schritt erreichen lassen. Dies ist bisher nur in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten möglich, wodurch ein solches bekanntes Strahlformungsmittel größer und teurer ist. Darüberhinaus führt die Strahlformung in mehreren Schritten zu optischen Fehlern im Strahl.

Erfindungsgemäß erfolgt die Strahlformung an zwei oder an mehreren Flächen eines monolithischen Blocks oder getrennter Bauteile, wobei der Strahl an den Flächen beispielsweise gebrochen oder gebeugt wird. Vorzugsweise finden ebene Flächen Verwendung, aber auch gekrümmte Flächen sind möglich. Dies hat den Vorteil, daß die strahlformenden Flächen unabhängig voneinander angefertigt und bearbeitet werden können, wodurch die Produktion eines solchen Strahlformungsmittels einfacher und kostengünstiger realisiert werden kann.

Vorzugsweise weist das Strahlformungsmittel zwei strahlformende Elemente mit je mindestens einer strahlformenden Fläche auf. Dies kann die brechende Fläche eines Prismas sein, aber auch ein Gitter, ein holographisches Element oder eine beliebige andere strahlformende Fläche. Die Verwendung zweier strahlformender Elemente hat den Vorteil, daß das Strahlformungsmittel aus zwei separaten Bauteilen realisiert und so kostengünstig hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wirkt die erste strahlformende Fläche auf die erste Halbachse des Strahlquerschnitts und die zweite strahlformende Fläche auf die zweite Halbachse des Strahlquerschnitts. Dabei kann die erste Halbachse die größere oder die kleinere Halbachse sein. Dies hat den Vorteil, daß die Elemente einfacher und unabhängig voneinander justiert werden können, da jedes Element nur eine Halbachse des Strahlquerschnitts verformt.

Erfindungsgemäß ist eines oder jedes der strahlformenden Elemente ein Prisma. Diese können getrennt voneinander angeordnet oder miteinander verbunden, z. B. gekittet sein. Dies hat den Vorteil, daß das Strahlformungsmittel aus Standardbauteilen aufgebaut werden kann.

Vorzugsweise sind die strahlformenden Elemente derart angeordnet, daß der umgeformte Strahl parallel oder senkrecht zum ursprünglichen Strahl verläuft. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, da sie eine einfache geometrische Ausführung des Strahlenganges ermöglicht.

Erfindungsgemäß weist das Strahlformungsmittel zumindest eine Spiegelfläche auf, um den Strahl geeignet umzulenken. Dies bietet den Vorteil, daß bei geeigneter Anordnung der strahlformenden Elemente und der Spiegelfläche ein Verlauf des umgeformten Strahles parallel oder senkrecht zum ursprünglichen Strahl einfach realisiert werden kann.

Vorzugsweise ist die Spiegelfläche Teil eines der strahlformenden Elemente. Dies hat den Vorteil, daß kein zusätzlicher Spiegel benötigt wird, wodurch sich die Kosten des Strahlformungsmittels reduzieren und seine Justage vereinfacht wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Strahlformungsmittels ergeben sich für den Fachmann in naheliegender Weise. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Strahlformungsmittels,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Strahlformungsmittels,

Fig. 3 den Strahlquerschnitt vor der Umformung, den Strahlquerschnitt nach Umformung der ersten Halbachse und den Strahlquerschnitt nach Umformung beider Halbachsen.

Im Verlauf der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Nummern gleiche Elemente des Strahlformungsmittels.

Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Strahlformungsmittel 1 in Draufsicht (oberer Teil) und Seitenansicht (unterer Teil), das aus einem einzelnen strahlformenden Element 2 mit zwei strahlformenden Flächen 3, 5 besteht und bei dem der umgeformte Strahl 13 senkrecht zum ursprünglichen Strahl 7 verläuft. Ein solches Strahlformungsmittel wird beispielsweise in einem Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger eingesetzt werden, um den elliptischen Querschnitt des Strahls einer Laserdiode in einen kreisförmigen Querschnitt umzuwandeln.

Der in bekannter Art und Weise von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) ausgesandte und mit einem Kollimator (nicht gezeigt) kollimierte Lichtstrahl 7 weist einen elliptischen Querschnitt 8 mit einer großen Halbachse 9 und einer kleinen Halbachse 10 auf. Ein solcher Querschnitt 8 ist in Fig. 3a) dargestellt. An einer ersten strahlformenden Fläche 3, die parallel zur großen Halbachse 9, aber nicht zur kleinen Halbachse 10 ausgerichtet ist, trifft er auf das strahlformende Element 2. Der Lichtstrahl 7 wird an der strahlformenden Fläche 3 gebrochen und ändert seine Ausbreitungsrichtung. Dadurch vergrößert sich der Querschnitt 8 in Richtung der kleinen Halbachse 10. Der Querschnitt 12 des gebrochenen Strahls 11 ist nach wie vor elliptisch mit einer großen Halbachse 9 und einer kleinen Halbachse 10a (dargestellt in Fig. 3 b)), weist aber einen geringeren Unterschied zwischen den Halbachsen auf als der ursprüngliche Querschnitt 8. Im weiteren Verlauf trifft der gebrochene Strahl 11 auf eine zweite Fläche 6 des strahlformenden Elementes 2, an der er reflektiert wird. Die Fläche 6 ist derart zur Strahlrichtung ausgerichtet, daß der reflektierte Strahl senkrecht zur Richtung des Eingangsstrahls 7 verläuft. Im folgenden trifft der reflektierte Strahl auf eine weitere strahlformende Fläche 5 des strahlformenden Elementes 2. Diese Fläche ist parallel zur kleinen Halbachse 10a des Strahlquerschnitts ausgerichtet, aber nicht parallel zur großen Halbachse 9. Auch an dieser Fläche wird der Strahl gebrochen, wobei sich sein Querschnitt in Richtung der großen Halbachse 9 verringert. Der gebrochene Strahl 13 weist einen Querschnitt 14 auf, bei dem beide Halbachsen 9a, 10a gleich groß sind, der also kreisförmig ist (dargestellt in Fig. 3c)). Durch die spezielle Anordnung der Flächen 3, 5, 6 verläuft der Ausgangsstrahl 13 senkrecht zum Eingangsstrahl 7.

Fig. 2 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Strahlformungsmittels 1 in Draufsicht (oberer Teil) und Seitenansicht (unterer Teil), bei dem das Strahlformungsmittel 1 aus zwei Prismen 2, 4 besteht und bei dem der umgeformte Strahl 13 senkrecht zum ursprünglichen Strahl 7 verläuft. Der kollimierte Eingangsstrahl 7, der einen elliptischen Querschnitt 8 mit einer großen Halbachse 9 und einer kleinen Halbachse 10 aufweist (dargestellt in Fig. 3a)), trifft auf die strahlformende Fläche 3 des ersten Prismas 2. Die strahlformende Fläche 3 ist parallel zur großen Halbachse 9 des Querschnitts 8 ausgerichtet, nicht aber zur kleinen Halbachse 10, so daß der Strahl 7 an der strahlformenden Fläche 3 gebrochen wird. Dadurch vergrößert sich der Querschnitt 12 des gebrochenen Strahles 11 in Richtung der kleinen Halbachse 10. Der Querschnitt 12 des gebrochenen Strahls 11 ist nach wie vor elliptisch mit einer großen Halbachse 9 und einer kleinen Halbachse 10a (dargestellt in Fig. 3b)), weist aber einen geringeren Unterschied zwischen den Halbachsen auf als der ursprüngliche Querschnitt 8. Im weiteren Verlauf trifft der gebrochene Strahl 11 auf eine zweite, spiegelnde Fläche 6 des Prismas 2, an der er reflektiert wird. Die Spiegelfläche 6 ist derart angeordnet, daß der reflektierte Strahl senkrecht zum ursprünglichen Strahl 7 verläuft. Nachfolgend tritt der reflektierte Strahl an einer dritten Fläche 15 des Prismas 2 aus dem Prisma aus. Die Fläche 15 ist senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des reflektierten Strahls ausgerichtet, so daß der Strahlquerschnitt 12 nicht beeinflußt wird. Anschließend trifft der ausgetretene Strahl auf die Eintrittsfläche 16 des zweiten Prismas 4. Auch diese Fläche 16 ist senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des reflektierten Strahls angeordnet, so daß auch an dieser Fläche der Strahlquerschnitt 12 nicht beeinflußt wird. Nach dem Eintritt in das zweite Prisma 4 trifft der Strahl 11 auf die strahlformende Fläche 5 des zweiten Prismas. Die Fläche 5 ist parallel zur kleinen Halbachse 10a des Strahlquerschnitts 12 angeordnet, nicht aber zur großen Halbachse 9, so daß der Strahl an der Fläche gebrochen wird. Durch die Brechung verringert sich der Strahlquerschnitt in Richtung der großen Halbachse 9, so daß der Ausgangsstrahl 13 einen kreisförmigen Querschnitt 14 aufweist (dargestellt in Fig. 3c)). Durch die Anordnung der strahlformenden Flächen 2, 4 und der Spiegelfläche 6 verläuft der Ausgangsstrahl 13 senkrecht zum Eingangsstrahl 7.

Vorzugsweise sind die strahlformenden Elemente 2, 4 fest miteinander verbunden, zum Beispiel gekittet.

Die Lage der strahlformenden Flächen 3, 5 und der Spiegelfläche 6 relativ zum Lichtstrahl ergibt sich in für den Fachmann naheliegender Weise aus der Wellenlänge des Lichtes und den lichtbrechenden Eigenschaften des Prismenmaterials.

Fig. 3 zeigt den Strahlquerschnitt 8, 12, 14a) vor der Umformung, b) nach der Umformung durch die erste strahlformende Fläche 3 und c) nach der Umformung durch die zweite strahlformende Fläche 5. Vor der Umformung weist der elliptische Strahlquerschnitt 8 zwei ausgeprägte Vorzugsrichtungen auf, die der großen Halbachse 9 und der kleinen Halbachse 10 entsprechen. Zur Verdeutlichung sind die Dimensionen übertrieben dargestellt. Bei der Strahlformung durch die erste strahlformende Fläche 3 wird der Strahlquerschnitt in Richtung der kleinen Halbachse 10 gestreckt, so daß nach der Umformung der Unterschied zwischen den Halbachsen 9, 10a geringer ausfällt als der Unterschied zwischen den Halbachsen 10, 9 vor der Umformung. Bei der Strahlformung durch die zweite strahlformende Fläche 5 wird der Strahlquerschnitt 12 in Richtung der großen Halbachse 9 gestaucht, so daß beide Halbachsen 9a, 10a gleich groß sind und ein kreisförmiger Querschnitt vorliegt.

Claims (7)

1. Strahlformungsmittel (1) zur Umformung eines elliptischen Strahlquerschnitts (8) mit einer kleinen Halbachse (10) und einer großen Halbachse (9) in einen kreisförmigen Strahlquerschnitt (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlformungsmittel (1) die kleine Halbachse (10) streckt und die große Halbachse (9) staucht.

2. Strahlformungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlformungsmittel (1) zumindest zwei strahlformende Flächen (3, 5) aufweist.

3. Strahlformungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlformungsmittel (1) aus zwei zumindest eine strahlformende Fläche (3, 5) aufweisenden Elementen (2, 4) besteht.

4. Strahlformungsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste strahlformende Element auf eine erste Halbachse (9, 10) wirkt und das zweite strahlformende Element auf eine zweite Halbachse (9, 10) wirkt.

5. Strahlformungsmittel nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlformenden Elemente (2, 4) Prismen sind.

6. Strahlformungsmittel nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der geformte Strahl (13) in einer Richtung senkrecht zur Richtung des ursprünglichen Strahls (7) ausbreitet.

7. Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Strahlformungsmittel (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6 aufweist.