Die
Erfindung betrifft ein System zur Strahlführung eines von einer Lichtquelle
ausgehenden Lichtstrahls zwischen Spiegeln. Des weiteren betrifft die
Erfindung eine Tastsensorvorrichtung mit einer Einrichtung zur Strahlführung eines
Lichtstrahls, eine Projektionsvorrichtung mit einer Einrichtung
zur Strahlführung
eines Lichtstrahls und einer Messvorrichtung mit zwei Spiegeln.The
The invention relates to a system for beam guidance of a light source
outgoing light beam between mirrors. Furthermore, the concerns
Invention a Tastsensorvorrichtung with a device for beam guidance of a
Light beam, a projection device with a device
for beam guidance
a light beam and a measuring device with two mirrors.
Aus
Haferkorn H.: Optik: Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen.
VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften; Berlin; 1981, Seite 440ff.
ist der Effekt der Winkelvergrößerung durch Mehrfachreflexion
beschrieben. Anwendungsbeispiele für den Einsatz der Winkelvergrößerung durch Mehrfachreflexion
sind nicht beschrieben.Out
Haferkorn H .: Optics: Physico-technical basics and applications.
VEB German publishing house of the sciences; Berlin; 1981, page 440ff.
is the effect of the angular magnification by multiple reflection
described. Application examples for the use of the angle magnification by multiple reflection
are not described.
Der
Effekt der Winkelvergrößerung ist
ebenfalls in der Fachveröffentlichung
von Born M., Wolf E.; Principles of Optics: Electromagnetic Theory
of Propagation, Interference and Diffraction of Light; Sixth Edition
1980, Seite 351-355 beschrieben. Hier wird auf eine keilförmige Folie
bzw. Platte eingegangen, wobei diese plane Oberflächen und
einen kleinen Keilwinkel α aufweist.
Die Folie bzw. die Platte wird mit einer ebenen Welle von monochromatischem Licht
beleuchtet. Durch die Mehrfachreflexion an den Oberflächen besteht
das transmittierte Licht aus einer Vielzahl von ebenen Wellen, welche
sich in verschiedenen Richtungen ausbreiten. Es wird dabei explizit
auf die messtechnische Applikation eingegangen.Of the
Effect of the angular magnification is
also in the technical publication
by Born M., Wolf E .; Principles of Optics: Electromagnetic Theory
of Propagation, Interference and Diffraction of Light; Sixth edition
1980, pages 351-355. Here is on a wedge-shaped film
or plate received, these flat surfaces and
has a small wedge angle α.
The film or plate is covered with a plane wave of monochromatic light
illuminated. Due to the multiple reflection at the surfaces exists
the transmitted light from a plurality of plane waves, which
to spread in different directions. It becomes explicit
on the metrological application received.
Die DE 698 06 846 T2 beschreibt
einen räumlichen
Lichtmodulator, welcher aus linearen oder flächenartigen Pixelmatrizen gebildet
wird. Jedes Pixel ist einzeln adressierbar und weist wenigstens
einen ablenkbaren reflektierenden Balken auf. Des weiteren sind
die Pixel in Form monolithischer Chips auf Sili ziumbasis organisiert.
Derartige Lichtmodulatoren können
dadurch arbeiten, dass Licht von den Pixeln reflektiert wird und
das reflektierte Licht durch Verändern
der Ablenkung der ablenkbaren Balken moduliert wird.The DE 698 06 846 T2 describes a spatial light modulator, which is formed from linear or area-like pixel matrices. Each pixel is individually addressable and has at least one deflectable reflective bar. Furthermore, the pixels are organized in the form of monolithic silicon-based chips. Such light modulators may operate by reflecting light from the pixels and modulating the reflected light by varying the deflection of the deflectable beams.
Genauer
offenbart die DE 698
06 846 T2 einen Lichtmodulator, wobei auf einem Halbleiterchip sehr
kleine Kippspiegel in einer Matrixanordnung integriert sind, welche
jeweils einzeln angesteuert werden können. Derartige Lichtmodulatoren
werden als Vorrichtungen mit verformbaren Spiegeln bzw. als DMDs
(digital mirror devices) bezeichnet. Die Balken sind als Spiegelelemente
ausgebildet. Jeder Kippspiegel bildet ein Bildelement der DMD-Matrix,
wobei eine auf die Spiegel gerichtete Lichtquelle in einer von zwei
Richtungen reflektiert wird. In einer Spiegeleinstellung wird auftreffendes
Licht auf einen Spiegel zu einer Projektionslinse reflektiert und
auf einem Anzeigebildschirm fokussiert. In der anderen Spiegeleinstellung
wird das auf den Spiegel auftreffende Licht zu einem Lichtabsorber
abgelenkt. Jeder Spiegel der Matrixanordnung wird derart angesteuert, dass
das Licht entweder zu der Projektionslinse oder zum Lichtabsorber
gelenkt wird. Die Projektionslinse fokussiert und verstärkt das
Licht auf einen Anzeigebildschirm und erzeugt bei Anzeige ein Bild.
Die Kippung des Spiegels erfolgt dabei jeweils in die Endlagen und
stellt somit nur zwei mögliche
Winkelpositionen dar. Derartige Kippspiegelsysteme haben die Besonderheit,
dass sie eine bestimmte Winkelauslenkung erfordern, um z.B. ein
Pixel hell oder dunkel zu tasten. Dies geschieht typischerweise
durch eine elektrostatische Auslenkung der einzelnen Spiegel. Der
dabei zurückzulegende
Winkel muss einen gewissen Mindestbetrag erfüllen, um das Pixel sicher in einen
Bereich außerhalb
der Projektionsfläche
zu lenken, wenn es dunkel getastet sein soll.More specifically, the DE 698 06 846 T2 a light modulator, wherein on a semiconductor chip very small tilting mirrors are integrated in a matrix arrangement, which can each be controlled individually. Such light modulators are referred to as devices with deformable mirrors or as DMDs (digital mirror devices). The bars are designed as mirror elements. Each tilt mirror forms one pixel of the DMD matrix, with a light source directed at the mirrors reflected in one of two directions. In a mirror setting, incident light is reflected on a mirror to a projection lens and focused on a display screen. In the other mirror setting, the light incident on the mirror is deflected to a light absorber. Each mirror of the array is driven so that the light is directed either to the projection lens or to the light absorber. The projection lens focuses and amplifies the light onto a display screen and produces an image when displayed. The tilting of the mirror takes place in each case in the end positions and thus represents only two possible angular positions. Such tilt mirror systems have the peculiarity that they require a certain angular deflection, for example, to touch a pixel light or dark. This is typically done by electrostatic deflection of the individual mirrors. The angle to be set must meet a certain minimum amount in order to safely steer the pixel into an area outside the projection area, if it is to be darkened.
Eine
Realisierung einer derart relativ großen Winkelauslenkung bedingt
mehrere Schwierigkeiten, wie beispielsweise die Herstellung der
Kippspiegelanordnung. Dabei ist die Realisierung der Winkelauslenkung
mit einem entsprechend hohen Aufwand verbunden, indem beispielsweise
der Freiraum innerhalb der aus Silizium per Mikrostrukturtechnik
hergestellten Elemente entsprechend erzeugt werden muss. Diese Herstellung
erfordert eine entsprechende Tiefenätztechnik. Ein weiterer Nachteil
derartiger Anordnungen besteht darin, dass die als Feder dienenden
Elemente große
Winkelauslenkungen zur Verfügung
stellen müssen,
was eine hohe Belastung und Bruchgefahr für die Federn bedeutet. Nachteilig ist
ebenfalls der Betrieb des Kippspiegelelementes. Dadurch, dass ein
relativ großer
Winkel zurückgelegt werden
muss, erfordert dies bei gegebener Masse eine entsprechende Zeit.
Somit ist die minimal erreichbare Verstellzeit pro Pixel bzw. die
maximale Pixelfrequenz sehr stark von dem Verstellwinkel abhängig. Dies
wiederum bestimmt beispielsweise bei einem Projektionssystem zur
Projektion von Bildern letztendlich auch die damit maximale wiedergebbare Bildfrequenz.
Ein derart großer
Winkel stellt auch einen entsprechenden Zeitfaktor dar, der das
Gesamtsystem somit langsamer macht.A
Realization of such a relatively large Winkelauslenkung conditionally
several difficulties, such as the production of the
Tilting mirror. Here is the realization of the angular deflection
associated with a correspondingly high cost, for example by
the free space within the made of silicon by microstructure technology
produced elements must be generated accordingly. This production
requires a corresponding deep etching technique. Another disadvantage
such arrangements is that the serving as a spring
Elements great
Angular deflections available
need to face
which means a high load and risk of breakage for the springs. The disadvantage is
also the operation of the tilting mirror element. By doing that
relatively large
Be covered angle
must, this requires a corresponding time for a given mass.
Thus, the minimum achievable adjustment time per pixel or
maximum pixel frequency very much dependent on the adjustment angle. This
in turn, for example, in a projection system for
Projection of images ultimately also the maximum reproducible frame rate.
Such a big one
Angle also represents a corresponding time factor that the
Overall system slows down.
Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche
die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und mit welcher
von einer kleinen Winkel- oder Abstandsänderung eines Elementes ausgehend
ein großer
Ablenkungswinkel eines Lichtstrahles erzeugt werden kann.It
It is therefore an object of the invention to provide a device which
avoids the disadvantages of the prior art and with which
starting from a small change in the angle or distance of an element
a large
Distortion angle of a light beam can be generated.
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.According to the invention
Problem solved by the features of claim 1.
Des
weiteren wird die Aufgabe in Form von Anwendungsmöglichkeiten
durch die Ansprüche
12, 13, 16, 18, 19, 21 und 23 gelöst.Of
Further, the task is in the form of possible applications
through the claims
12, 13, 16, 18, 19, 21 and 23 solved.
Um
das von einer Lichtquelle ausgehende Licht in eine bestimmte Richtung
gezielt umzulenken, werden Spiegel eingesetzt, wobei ein erster
Spiegel fest und ein zweiter Spiegel bewegbar angeordnet ist. Dabei
wird ein einfallender Lichtstrahl bzw. ein Parallelstrahlenbündel mehrfach
zwischen den zwei Spiegeln, wobei diese in vorteilhafter Weise plan
ausgebildet sind, reflektiert. Der Abstand und/oder der Kippwinkel
der beiden Spiegel ist dabei zueinander veränderbar. Erfindungsge mäß wird von
der Tatsache des multiplikativen Effektes des Reflexionsgesetzes
Gebrauch gemacht. Wird die Ausrichtung des zweiten Spiegels im Vergleich
zur Parallelstellung gegenüber
dem ersten Spiegel um einen bestimmten Winkel gedreht bzw. gekippt,
so wird ein Austrittsstrahl um einen daraus resultierenden Winkel,
welcher sich aus zweimal der Anzahl der Reflexionen multipliziert
mit dem Winkel vom zweiten Spiegel ergibt, ausgelenkt. Durch eine
derartige Vorrichtung mit Spiegeln kann eine kleine Winkelauslenkung
eines Spiegels in eine große
Winkelauslenkung des Lichtstrahles verwandelt werden. Gleiches gilt
für kleine Abstandsänderungen,
die in große Änderungen
umgewandelt werden.Around
the light emanating from a light source in a certain direction
to divert specifically, mirrors are used, with a first
Mirror fixed and a second mirror is movably arranged. there
becomes an incident light beam or a parallel beam multiply
between the two mirrors, these being advantageously flat
are formed, reflected. The distance and / or the tilt angle
the two mirrors is mutually variable. Inventions will be of
the fact of the multiplicative effect of the law of reflection
Made use of. Will the alignment of the second mirror in comparison
to the parallel position opposite
the first mirror rotated or tilted by a certain angle,
so an exit jet becomes a resulting angle,
which is multiplied by twice the number of reflections
with the angle of the second mirror results, deflected. By a
Such device with mirrors can be a small angular deflection
a mirror into a big one
Angle deflection of the light beam are transformed. same for
for small distance changes,
which in big changes
being transformed.
In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
eine derartige Vorrichtung in einer Tastsensorvorrichtung nach den Merkmalen
des Anspruchs 12 zu integrieren.In
a particularly advantageous embodiment of the invention is provided
Such a device in a Tastsensorvorrichtung according to the features
of claim 12 to integrate.
Bei
der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in der Sensorik kann beispielsweise an dem zweiten Spiegel ein Taststift
vorgesehen werden, der bei Antastung beispielsweise einer Oberfläche eines
Elementes ausgelenkt wird. Die Auslenkung des Taststiftes und dadurch
die Kippung des zweiten Spiegels beeinflusst den Austrittsstrahl
bzw. den Winkel zwischen Eintrittsstrahl und Austrittsstrahl. Eine
typische Auswertung kann dabei so erfolgen, dass der abgelenkte
Lichtstrahl auf einer Diodenzeile detektiert wird, wobei die Diodenzeile
den Ablenkungswinkel des zweiten Spiegels bereits in multiplizierter
Form erhält.
Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit einer Tastfunktionsdetektion
entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Reflexionen gesteigert
werden. Das erfindungsgemäße System kann
auch als ein Drehwinkel- oder Abstandssensor eingesetzt werden.at
the use of the device according to the invention
in the sensor, for example, on the second mirror a stylus
be provided, the probing example, a surface of a
Elementes is deflected. The deflection of the stylus and thereby
the tilt of the second mirror affects the exit jet
or the angle between inlet jet and outlet jet. A
typical evaluation can be done so that the deflected
Light beam is detected on a diode array, the diode array
the deflection angle of the second mirror already multiplied in
Form receives.
In this way, the sensitivity of a tactile function detection
increased according to the number of reflections provided
become. The system according to the invention can
also be used as a rotation angle or distance sensor.
In
vorteilhafter Weise kann dabei vorgesehen sein, dass der Austrittsstrahl
auf eine positionsempfindliche Fotodiode (PSD – position sensitive device)
auftrifft.In
Advantageously, it can be provided that the exit jet
on a position-sensitive photodiode (PSD - position sensitive device)
incident.
Der
abgelenkte Lichtstrahl kann in vorteilhafter Weise mit einer positionsempfindlichen
Fotodiode (PSD) detektiert werden. Hierbei ergibt sich der besondere
Vorteil, dass sich durch die Verstärkungswirkung der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung
die Empfindlichkeit des Messsystems als ganzes um ein Mehrfaches
steigern lässt,
und zwar durch die Kombination, die sich aus der verstärkenden
Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem optischen Positionsmesssystem (PSD) ergibt. Somit kann die Auflösung der
Tastsensorvorrichtung wesentlich erhöht werden.Of the
deflected light beam can advantageously with a position sensitive
Photodiode (PSD) are detected. This results in the special
Advantage that is due to the reinforcing effect of the mirror assembly according to the invention
the sensitivity of the measuring system as a whole by a multiple
increase,
namely by the combination resulting from the reinforcing
Effect of the device according to the invention
and the optical position measuring system (PSD). Thus, the resolution of the
Tastsensorvorrichtung be increased significantly.
In
einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist
vorgesehen, die Vorrichtung in eine Projektionsvorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 19 zu integrieren.In
an embodiment of the invention
provided, the device in a projection device with the
To integrate features of claim 19.
Bei
Projektionssystemen ist ebenso eine Anwendung möglich. Bei digitalen Projektoren
werden beispielsweise kleine Kippspiegel eingesetzt. Bei Einsatz
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in derartigen Projektoren kann dadurch der erforderliche Kippwinkel
der Spiegel um den Faktor der Reflexionen verkleinert werden. Daraus
resultiert dann ein kleinerer erforderlicher Drehwinkel und somit
ein Zeitgewinn, was in einer höheren
Pixel- bzw. Bildwiedergabefrequenz
resultiert.at
Projection systems is also an application possible. For digital projectors
For example, small tilt mirrors are used. When used
the device according to the invention
in such projectors can thereby the required tilt angle
the mirror be reduced by the factor of reflections. from that
then results in a smaller required rotation angle and thus
a gain of time, resulting in a higher
Pixel or image playback frequency
results.
In
einer erfindungsgemäßen weiteren
Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung in einer Messvorrichtung
nach Anspruch 23 vorgesehen, wobei die Messvorrichtung insbesondere
als Komparator ausgebildet ist.In
a further inventive
Embodiment of the invention is the device in a measuring device
according to claim 23, wherein the measuring device in particular
is designed as a comparator.
In
der Messvorrichtung ist ebenfalls ein erster Spiegel fest und ein
zweiter Spiegel bewegbar angeordnet, wobei der dabei zur Wirkung
kommende Effekt darin besteht, dass eine Bewegung des zweiten Spiegels
um eine bestimmte Strecke parallel zum ersten Spiegel hin oder in
entgegengesetzter Richtung in eine wesentlich größere Bewegung des Ausgangsstrahles
umgesetzt werden kann. Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer derartigen Messvorrichtung bewirkt dies eine Erhöhung der
Messgenauigkeit um den Multiplikationsfaktor.In
The measuring device is also a first mirror fixed and a
arranged second mirror movable, wherein the case to the effect
coming effect is that a movement of the second mirror
by a certain distance parallel to the first mirror or in
opposite direction in a much larger movement of the output beam
can be implemented. In the application of the device according to the invention
In such a measuring device, this causes an increase in
Measurement accuracy around the multiplication factor.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der prinzipmäßig beschriebenen
Zeichnungen näher
erläutert.embodiments
The invention will be described below with reference to the principle described
Drawings closer
explained.
Es
zeigt:It
shows:
1 eine
prinzipmäßige Darstellung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Grundform der Anordnung; 1 a schematic representation of a device according to the invention in a basic form of the arrangement;
2 eine
prinzipmäßige Darstellung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß 1 in
einer Verwendungsform als Tastsensorvorrichtung; 2 a schematic representation of the device according to the invention according to 1 in a Use as a push-button device;
3 eine
prinzipmäßige Darstellung
der Tastsensorvorrichtung nach 2 für eine Detektion in
zwei Achsrichtungen; 3 a schematic representation of the Tastsensorvorrichtung after 2 for detection in two axial directions;
4 eine
prinzipmäßige Darstellung
der Tastsensorvorrichtung nach 2 in einer
weiteren Verwendungsform für
eine Detektion in zwei Achsrichtungen; 4 a schematic representation of the Tastsensorvorrichtung after 2 in another form of use for detection in two axial directions;
5 eine
prinzipmäßige Darstellung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach 1 als Bestandteil einer Vibrationsmessvorrichtung; 5 a schematic representation of the device according to the invention 1 as part of a vibration measuring device;
6 eine
prinzipmäßige Darstellung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach 1 als Bestandteil einer Projektionsvorrichtung; 6 a schematic representation of the device according to the invention 1 as part of a projection device;
7 eine
prinzipmäßige Darstellung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach 1 als Bestandteil einer Scanprojektionseinrichtung; 7 a schematic representation of the device according to the invention 1 as part of a scan projection device;
8 eine
prinzipmäßige Darstellung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach 1 in einer weiteren möglichen Verwendungsform in
einer Messeinrichtung, wobei ein zweiter Spiegel in y-Richtung verschiebbar
ist; und 8th a schematic representation of the device according to the invention 1 in a further possible use in a measuring device, wherein a second mirror is displaceable in the y-direction; and
9 eine
prinzipmäßige Darstellung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach 1 in einer Verwendungsform in der Messeinrichtung
nach 8, wobei der zweite Spiegel in x-Richtung verschiebbar
ist. 9 a schematic representation of the device according to the invention 1 in a form of use in the measuring device according to 8th , wherein the second mirror is displaceable in the x direction.
In 1 ist
eine Vorrichtung 1 in einer Grundform prinzipmäßig dargestellt.
Die Vorrichtung 1 weist dabei zwei Spiegel 2 und 3 auf,
welche vorzugsweise als Galvanometerspiegel ausgebildet sind. Die
Spiegel 2 und 3 weisen plane Oberflächen auf.
Ein erster Spiegel 2 ist bezüglich eines einfallenden Lichtstrahles 5 fest
angeordnet. Ein zweiter Spiegel 3 hingegen weist einen
Drehpunkt 10 auf, wodurch der zweite Spiegel 3 bewegbar
bzw. drehbar gelagert ist. In 1 sind beide
Spiegel 2 und 3 in Grundstellung in einem bestimmten
Abstand parallel zueinander angeordnet. Beide Spiegel 2 und 3 stehen
in einem Winkel von 45° zum
einfallenden Lichtstrahl 5, wobei der Winkel jedoch variabel
ist. Somit ergibt sich nach Durchlauf des Lichtstrahles 5 durch die
zwei Spiegel 2 und 3 in der Grundstellung keine Winkelauslenkung
gegenüber
der ursprünglichen Strahlrichtung.
Bei Änderung
der Parallelstellung des Kippwinkels des zweiten Spiegels 3 am
Drehpunkt 10 relativ zum ersten Spiegel 2 stehen
beide Spiegel 2 und 3 keilförmig zueinander. Das von einer
Lichtquelle 4 ausgehende Strahlenbündel 5 bzw. der ausgehende
Lichtstrahl 5 wird auf diese Weise in Abhängigkeit
von der Drehrichtung in eine bestimmte Richtung gezielt umgelenkt.
Der sich aus einer Drehwinkeländerung
des Spiegels 3 ergebende Ablenkungswinkel des ursprünglichen
Lichtstrahles 5 ist dabei durch das bekannte Reflexionsgesetz
gegeben. Dies wiederum besagt, dass bedingt durch einen Kippwinkel ε des Spiegels 3 nach
der Reflexion am Spiegel 3 der Lichtstrahl 5 um
einen Winkel 2ε abgelenkt
ist. Die einfache Winkelauslenkung des Kippspiegels 3 wirkt
somit verdoppelnd auf den Lichtstrahlablenkungswinkel.In 1 is a device 1 shown in principle in a basic form. The device 1 has two mirrors 2 and 3 which are preferably formed as Galvanometerspiegel. The mirror 2 and 3 have flat surfaces. A first mirror 2 is with respect to an incident light beam 5 firmly arranged. A second mirror 3 however, has a pivot point 10 on, making the second mirror 3 is mounted movable or rotatable. In 1 are both mirrors 2 and 3 in the basic position at a certain distance parallel to each other. Both mirrors 2 and 3 are at an angle of 45 ° to the incident light beam 5 However, the angle is variable. Thus results after passage of the light beam 5 through the two mirrors 2 and 3 in the initial position no angular deflection relative to the original beam direction. When changing the parallel position of the tilt angle of the second mirror 3 at the fulcrum 10 relative to the first mirror 2 stand both mirrors 2 and 3 wedge-shaped to each other. That from a light source 4 outgoing beams 5 or the outgoing light beam 5 is deflected in this way, depending on the direction of rotation in a specific direction targeted. Derived from a rotation angle change of the mirror 3 resulting deflection angle of the original light beam 5 is given by the known law of reflection. This in turn means that due to a tilt angle ε of the mirror 3 after the reflection at the mirror 3 the beam of light 5 is deflected by an angle 2ε. The simple angular deflection of the tilting mirror 3 thus doubles the light beam deflection angle.
Wie
bereits erwähnt,
wird bei der Erfindung der multiplikative Effekt des Reflexionsgesetzes
verwendet. Wie in 1 ersichtlich wird hierbei der
einfallende Lichtstrahl 5 bzw. das parallele Strahlenbündel 5 mehrfach
durch die zwei plan ausgeführten Spiegel 2 und 3 reflektiert.As already mentioned, the multiplicative effect of the law of reflection is used in the invention. As in 1 it can be seen here the incident light beam 5 or the parallel beam 5 several times through the two plan executed mirror 2 and 3 reflected.
Alternativ
können
die Spiegelflächen
der Spiegel 2 und 3 auch eine andere Oberflächenform, beispielsweise
eine sphärische
Oberflächenform, aufweisen.Alternatively, the mirror surfaces of the mirror 2 and 3 also have a different surface shape, for example a spherical surface shape.
Je
nach den gewünschten
Anforderungen können
der Abstand und/oder der Kippwinkel der beiden Spiegel 2 und 3 zueinander
verändert
werden.Depending on the desired requirements, the distance and / or the tilt angle of the two mirrors 2 and 3 be changed to each other.
In 1 ist
die sich durch eine Winkeländerung
des Spiegels 3 um einen bestimmten Betrag bzw. Winkel gegenüber dem
Spiegel 2 ergebende Winkeländerung des Lichtstrahles 5 gestrichelt
dargestellt. Wie ersichtlich ist, ist der Austrittsstrahl um einen
daraus resultierenden Winkel, welcher sich aus zweimal der Anzahl
der Reflexionen multipliziert mit dem Kippwinkel des Spiegels 3 ergibt,
gegenüber dem
einfallenden Lichtstrahl ausgelenkt. Wird der Spiegel 3 z.B.
von 45° – bezogen
auf den Einfallswinkel – auf
44,6° gekippt
bzw. gedreht, so wird der Ausgangsstrahl aufgrund der fünf Reflexionen
an jeder Spiegelfläche
der Spiegel 2 und 3 um 10 (45° – 44,6°) abgelenkt, was bedeutet, dass
der Eingangsstrahl am Ausgang um 4° seine Richtung gegenüber dem Ausgangsstrahl
bei Parallelstellung der beiden Spiegel 2, 3 geändert hat.In 1 is due to a change in the angle of the mirror 3 by a certain amount or angle with respect to the mirror 2 resulting angle change of the light beam 5 shown in dashed lines. As can be seen, the exit beam is a resulting angle, which is twice the number of reflections multiplied by the tilt angle of the mirror 3 results, deflected relative to the incident light beam. Will the mirror 3 eg tilted from 45 ° - based on the angle of incidence - or rotated to 44.6 °, the output beam is due to the five reflections on each mirror surface of the mirror 2 and 3 deflected by 10 (45 ° - 44.6 °), which means that the input beam at the output by 4 ° its direction relative to the output beam with parallel position of the two mirrors 2 . 3 has changed.
Ein
Steuerantrieb 16 des Spiegels 3 zu dessen Auslenkung
kann in beliebiger Weise ausgebildet sein.A control drive 16 of the mirror 3 its deflection can be designed in any way.
Durch
die erfindungsgemäße Ausnutzung des
multiplikativen Effektes der Reflexion kann die Empfindlichkeit
der Detektion von Winkeländerungen des
zweiten, beweglichen Spiegels 3 bei gegebener Ortsauflösung eines
Lichtdetektors, z.B. einer Diodenzeile, um ein Vielfaches – nämlich der
Anzahl der Reflexionen zwischen den beiden Spiegeln – erhöht werden.
Denn würde
der einfallende Lichtstrahl bei nur einfacher Reflexion an dem beweglichen
Spiegel 3 aufgrund einer Winkelauslenkung dieses Spiegels auf
dem Lichtdetektor eine gewisse Positionsablage erfahren, so ergibt
sich durch die Ausnutzung der Mehrfachre flexionen eine mit dem Faktor
der Gesamtzahl der Reflexionen an beiden Spiegeln 2, 3 vergrößerte Positionsablage
des Lichtstrahls bei gleicher Auslenkung des beweglichen Spiegels 3.
Bei gegebener Ortsauflösung
des Lichtdetektors ist dadurch die Auflösung der Gesamtanordnung entsprechend
gesteigert. Somit können
wesentlich kleinere Winkelauslenkungen des beweglichen Spiegels 3 detektiert
werden als mit einer herkömmmlichen
Galvanometeranordnung, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Somit
ergibt sich bei derartig arbeitenden Detektionssystemen ein um den
Faktor der Winkelmultiplikation höheres Auflösungsvermögen bzw. eine Steigerung des
Signal-zu-Rausch-Verhältnisses auf
optischem Wege, weil die Grenzempfindlichkeit des Detektionssystems
bei gleichem Rauschen kleinere mechanische Amplituden am Taststift 7 detektieren
kann.By exploiting the multiplicative effect of the reflection according to the invention, the sensitivity of the detection of angular changes of the second, movable mirror 3 given a spatial resolution of a light detector, such as a diode array, by a multiple - namely, the number of reflections between the two mirrors - be increased. Because the incident light beam with only simple reflection on the movable mirror 3 experience a certain positional position due to an angular deflection of this mirror on the light detector, it results from the use of the Multiple reflections one with the factor of the total number of reflections at both mirrors 2 . 3 increased positioning of the light beam with the same deflection of the movable mirror 3 , For a given spatial resolution of the light detector thereby the resolution of the overall arrangement is increased accordingly. Thus, much smaller angular deflections of the movable mirror 3 be detected as with a conventional galvanometer, as known in the art. Thus, in such operating detection systems by the factor of the angle multiplication higher resolution or an increase of the signal-to-noise ratio by optical means, because the limit sensitivity of the detection system with the same noise smaller mechanical amplitudes on the stylus 7 can detect.
2 zeigt
prinzipmäßig die
Vorrichtung 1 in einer Verwendung als Tastsensorvorrichtung 6.
Ein Taststift 7 ist an einer Rückseite des Spiegels 3 angeordnet.
Weiterhin ist der Spiegel 3 mit einem Federelement 8 ausgestattet,
welches als Rückholfeder oder
auch als Rückholglied
mit einem Magneten ausgebildet sein kann. Bei Aufsetzen des Taststiftes 7 auf
eine zu messende Oberfläche
eines Prüflings 17 wird
der Taststift 7 mit dem Spiegel 3 gegen die Kraft des
Federelements 8 ausgelenkt. In 2 ist die Grundposition
des Spiegels 3 als punktierte Linie und die ausgelenkte
Position des Spiegels 3 als durchgezogene schwarze Linie
dargestellt. Das Federelement 8 dient zur Rückkehr des
Spiegels 3 in seine Grundposition nach Beendigung von Antastungen. Zusätzlich ist
ein Anschlag 18 am Spiegel 3 zur Definition der Grundposition
des Taststiftes 7 vorgesehen. Mit einer derartigen Ausgestaltung
der Tastsensorvorrichtung 6 wird eine sehr kleine mechanische Bewegung
des Taststiftes 7 in einen großen Ablenkungswinkel des Lichtstrahles 5 überführt. Anstelle des
Taststifts 7 kann jedoch auch jede Art von Positionssensor,
z.B. ein berührungsloser
Positionssensor, vorgesehen werden. 2 shows in principle the device 1 in a use as Tastsensorvorrichtung 6 , A stylus 7 is at a back of the mirror 3 arranged. Furthermore, the mirror 3 with a spring element 8th equipped, which may be formed as a return spring or as a return member with a magnet. When placing the stylus 7 on a surface of a test object to be measured 17 becomes the stylus 7 with the mirror 3 against the force of the spring element 8th deflected. In 2 is the basic position of the mirror 3 as a dotted line and the deflected position of the mirror 3 shown as a solid black line. The spring element 8th serves to return the mirror 3 into its basic position after termination of touches. In addition, a stop 18 on the mirror 3 for defining the basic position of the stylus 7 intended. With such an embodiment of the push button device 6 becomes a very small mechanical movement of the stylus 7 in a large deflection angle of the light beam 5 transferred. Instead of the stylus 7 However, any type of position sensor, such as a non-contact position sensor, can be provided.
Der
Ablenkungswinkel ist beispielsweise mit einer positionsempfindlichen
Fotodiode (PSD Position Sensitive Diode) 9 de tektierbar.
Prinzipiell stellt die Diode eine Fotodiode mit streifenförmig gezogener
beleuchtungsempfindlicher Fläche
dar. Diese gibt eine zum Auftreffpunkt des Lichtstrahles 5 entlang der
Diodenstrecke proportionale Spannung ab. Je nach Lage des Lichtpunktes
auf dem Detektor 9 ändert
sich das Ausgangssignal des PSD 9. Der Vorteil dieses Empfängertyps
ist eine einfach zu realisierende Messelektronik und seine hohe
Geschwindigkeit.The deflection angle is, for example, with a position sensitive photodiode (PSD Position Sensitive Diode) 9 de tectable. In principle, the diode is a photodiode with strip-shaped drawn surface sensitive to light. This gives an impact point of the light beam 5 voltage proportional to the diode path. Depending on the location of the light spot on the detector 9 the output signal of the PSD changes 9 , The advantage of this type of receiver is its easy-to-use measuring electronics and its high speed.
Alternativ
kann auch eine CCD-Zeile zur Detektion des Lichtauftreffpunktes
entlang der Zeilenstrecke verwendet werden. CCD-Zeilen bestehen aus
einer Vielzahl von aneinandergereihten Fotodetektoren, die seriell
ausgelesen werden. Serielle Auslese ist auch die Ursache für die im
Vergleich zum PSD kleineren Verarbeitungsgeschwindigkeit, wobei im
Gegensatz zum PSD-Sensor
der CCD-Sensor ein genaues Auswerten der Strahlungsenergieverteilung ermöglicht.
Somit gewährleistet
der CCD-Sensor eine
zuverlässige
und hochpräzise
Wegmessung unabhängig
von der Strahlungsenergieverteilung für die Lichtpunktfläche.alternative
can also be a CCD line to detect the point of light incidence
used along the line of the line. CCD lines consist of
a plurality of juxtaposed photodetectors, serially
be read out. Serial selection is also the cause of the im
Compared to PSD smaller processing speed, where in
Contrary to the PSD sensor
the CCD sensor allows an accurate evaluation of the radiation energy distribution.
Thus ensured
the CCD sensor a
reliable
and high precision
Distance measurement independent
from the radiation energy distribution for the light spot area.
Ebenso
wären entsprechende
Flächensensoren,
wie beispielsweise CMOS oder 2D-PSD, möglich, die ein Auswandern durch
die Spiegelanordnung 1 eines in seiner Winkelauslenkung
verstärkten
Lichtpunktes bezüglich
seiner Position detektieren. Eine einfache Form der Strahldetektion
kann ebenso auch mit einer Differenzfotodiode oder einem Quadrantendetektor
erfolgen.Likewise, corresponding surface sensors, such as, for example, CMOS or 2D-PSD, would be possible which would emigrate through the mirror arrangement 1 detect a reinforced in its angular displacement point of light with respect to its position. A simple form of beam detection can also be done with a differential photodiode or a quadrant detector.
Der
wesentliche Vorteil einer Tastsensorvorrichtung 6 nach
der 2 ergibt sich besonders durch die Kombination,
die sich aus der verstärkten Wirkung
der Spiegelvorrichtung 1 und dem optischen Positionsmesssystem
PSD ergibt. Durch die Verstärkungswirkung
der Vorrichtung 1 lässt
sich somit die Empfindlichkeit des Messsystems 6 als ganzes
wesentlich steigern. Somit kann nochmals eine wesentlich höhere Auflösung des
Messsystems erreicht werden. Ebenso kann eine Steigerung der Genauigkeit
gegenüber
direkt messenden Systemen gewährleistet
werden.The main advantage of a push-button device 6 after 2 especially due to the combination resulting from the enhanced effect of the mirror device 1 and the optical position measuring system PSD. By the reinforcing effect of the device 1 thus the sensitivity of the measuring system can be reduced 6 significantly increase as a whole. Thus, again a much higher resolution of the measuring system can be achieved. Likewise, an increase in accuracy over direct measuring systems can be ensured.
Wie
in 3 dargestellt, können auch gleichzeitig Auslenkungen
in zwei Achsrichtungen (x, y) in einer weiteren Verwendung als Tastsensorvorrichtung 6 erfasst
werden. Dies ist beispielsweise durch eine Kombination bestehend
aus einer Spiegelsäule 3,
welche jeweils in einem Winkel von ungleich 0°/180°, vorzugsweise 90°, zueinander
angeordnete Spiegelaußenflächen 3a und 3b aufweist,
und weiteren Spiegeln 2, 2a und 2b möglich, welche
jeweils gegenüberliegend
zu den Spiegelaußenflächen 3a und 3b der
Spiegelsäule 3 angeordnet
sind. Die Spiegelsäule 3 bzw.
der Spiegel 3 ist in zwei zueinander senkrechten Richtungen
beweglich um einen Drehpunkt 10 angeordnet. Zu der Spiegelfläche 3a der Spiegelsäule 3 wird
ein Spiegel 2a gegenüberliegend angeordnet,
wobei der Spiegel 2a fest gelagert ist und die Spiegelflächen 2a und 3a in
Grundstellung parallel zueinander liegen. Des weiteren wird zu der zweiten
Spiegelfläche 3b der
Spiegelsäule 3 ein
weiterer fest angeordneter Spiegel 2b gegenüber der weiteren
Spiegelfläche 3b der
Spiegelsäule 3 angeordnet,
wobei die Spiegelfläche 2b und 3b in
Grundstellung ebenfalls parallel zueinander liegen.As in 3 can also simultaneously deflections in two axial directions (x, y) in a further use as Tastsensorvorrichtung 6 be recorded. This is for example by a combination consisting of a mirror column 3 , which in each case at an angle of not equal to 0 ° / 180 °, preferably 90 °, mutually arranged mirror outer surfaces 3a and 3b and further mirrors 2 . 2a and 2 B possible, which in each case opposite to the mirror outer surfaces 3a and 3b the mirror column 3 are arranged. The mirror column 3 or the mirror 3 is movable in two mutually perpendicular directions about a pivot point 10 arranged. To the mirror surface 3a the mirror column 3 becomes a mirror 2a arranged opposite, the mirror 2a is firmly stored and the mirror surfaces 2a and 3a in basic position parallel to each other. Furthermore, it becomes the second mirror surface 3b the mirror column 3 another fixed mirror 2 B opposite the other mirror surface 3b the mirror column 3 arranged, with the mirror surface 2 B and 3b in basic position also parallel to each other.
Zur
Detektion in zwei Achsen werden in einer ersten Ausführung zwei
Lichtquellen 4 benötigt,
welche derart angeordnet sind, dass zwischen den jeweiligen Spiegelkombinationen
Mehrfachreflexionen auftreten können.
Die jeweiligen Austrittsstrahlen können wiederum auf zwei PSD-Sensoren 9 bzw. CCD-Zeilen 9 aufgefangen
werden, welche wiederum einen durch den Taststift 7 auswandernden
Lichtpunkt bezüglich
seiner Position auswerten, wobei die Auswanderung des Lichtpunktes
durch die Mehrfachreflexion verstärkt wird. Auch in einer zweidimensionalen
Ausführung
sind Federelemente 8 vorgesehen, welche eine Rückkehr in
die Ruhelage des Taststiftes 7 in der x-Achse und in der
y-Achse gewährleisten.
Die Anordnung der Federelemente 8 kann beispielsweise im
unteren Teil an dem Taststift 7 der Spiegelsäule 3 vorgenommen
werden. Andere Anordnungen sind jedoch ebenfalls möglich. Die
beiden Rückstellfedern 8 für die x-Achse und für die y-Achse sind
um 90° versetzt
zu einander angeordnet. Im Bedarfsfalle kann nicht nur eine Detektion
in x- und y-Richtung gleichzeitig vorgenommen werden, sondern es ist
auch grundsätzlich
möglich
in z-Richtung zu detektieren. Dazu kann ein weiteres Doppelspiegelsystem
mit zusätzlicher
Lichtquelle und positionsempfindlichen Detektor vorgesehen sein,
durch den eine Verschiebung der Spiegelsäule in z-Richtung detektiert wird. Alternativ
ist es denkbar, durch Aufteilung des Austrittsstrahls auf zwei positionsempfindliche
Detektoren über
einen Strahlteiler und eine nachgeschaltete Linse in einem der beiden
aufgeteilten Austrittsstrahlen Positionsänderungen in den verschiedenen
Richtungen zu entkoppeln und zu separieren.For detection in two axes, in a first embodiment, two light sources 4 needed, which are arranged such that between the respective mirror combinations multiple reflections may occur. The respective exit jets can turn on two PSD sensors 9 or CCD lines 9 be caught, which in turn one by the stylus 7 Evaluate emigrating light spot with respect to its position, the emigration of the light spot is enhanced by the multiple reflection. Also in a two-dimensional design are spring elements 8th provided, which is a return to the rest position of the stylus 7 in the x-axis and in the y-axis. The arrangement of the spring elements 8th For example, in the lower part of the stylus 7 the mirror column 3 be made. However, other arrangements are also possible. The two return springs 8th for the x-axis and for the y-axis are arranged offset by 90 ° to each other. If necessary, not only a detection in the x and y direction can be made simultaneously, but it is also basically possible to detect in the z direction. For this purpose, a further double-mirror system with additional light source and position-sensitive detector can be provided, by which a displacement of the mirror column in the z-direction is detected. Alternatively, it is conceivable to decouple and separate position changes in the different directions by dividing the exit beam into two position-sensitive detectors via a beam splitter and a downstream lens in one of the two split exit beams.
Eine
weitere Möglichkeit
gemäß Ausführungsbeispiel
nach der 4 zur Detektion von Auslenkungen
in zwei zueinander senkrechten Richtungen, z.B. in x- und y-Richtung,
ist gegeben, wenn eine Spiegelfläche
nicht seitlich, wie aus 3 ersichtlich, an der Spiegelsäule 3 vorgesehen
ist, sondern auf einer Fläche 3c,
die bei einer Auslenkung der Spiegelsäule um jede der zueinander
senkrechten Achsen selbst eine winkelmäßige Auslenkung erfährt: derartige
Flächen 3c sind
solche Flächen,
deren Flächennormale
mit den Richtungen, um die die Lagerung der Spiegelsäule 3 eine
Bewegung um den Drehpunkt 10 zulässt, einen von 0 und 180 Grad
abweichenden Winkel einschließt
und vorzugsweise senkrecht dazu steht. Um nun eine gleichzeitige
Detektion in x- und y-Richtung vornehmen zu können, wird ein Detektor 9 benötigt, welcher
in der Lage ist, nicht nur Auslenkungen in einer Dimension zu detektieren,
sondern in einer Fläche.
Hierbei werden vorzugsweise quadratische Detektoren bzw. 2D-PSD-Sensoren
eingesetzt, welche nicht nur zeilenförmig, sondern auch flächenhaft
detektieren. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Spiegel 2c gegenüber der
Spiegelfläche 3c angeordnet,
wobei bei dieser Anordnung nur eine Lichtquelle 4 notwendig
ist. Bei Bewegung der Spiegelsäule 3 in
zwei Richtungen erfährt
der Austrittsstrahl nach Durchgang des Lichtstrahles 5 durch
die Spiegelanordnung eine zweidimensionale Auswanderung. Eine derartige
Anordnung bietet den Vorteil einer geringen Gesamtaufwendung, geringer
Kosten und ist für
kleine Bauräume
geeignet.Another possibility according to the embodiment of the 4 for the detection of deflections in two mutually perpendicular directions, for example in the x and y direction, is given if a mirror surface not laterally, as out 3 visible at the mirror column 3 is provided, but on a surface 3c which itself undergoes an angular deflection when the mirror pillar is deflected about each of the mutually perpendicular axes: such surfaces 3c are those surfaces whose surface normal with the directions surrounding the bearing of the mirror column 3 a movement around the pivot 10 permitting, includes an angle deviating from 0 and 180 degrees and is preferably perpendicular thereto. In order to be able to carry out a simultaneous detection in the x and y direction, a detector is formed 9 which is capable of detecting not only deflections in one dimension but one surface. In this case, preferably square detectors or 2D PSD sensors are used, which detect not only line-shaped, but also areally. Also in this embodiment is a mirror 2c opposite the mirror surface 3c arranged, with this arrangement, only one light source 4 necessary is. With movement of the mirror column 3 in two directions, the exit beam experiences after passage of the light beam 5 by the mirror arrangement a two-dimensional emigration. Such an arrangement offers the advantage of a low total cost, low cost and is suitable for small spaces.
Verwendung
finden kann eine derartige Tastsensorvorrichtung 6 beispielsweise
in einer 3D-Koordinatenmessmaschine.Can be used such a Tastsensorvorrichtung 6 for example, in a 3D coordinate measuring machine.
Eine
weitere Anwendung der Vorrichtung 1 ist in 5 dargestellt.
Sie besteht darin, dass die zur Detektion von Vibrationen genutzt
wird, womit das Gesamtsystem als Vibrometer verwendbar ist. Hierzu wird
der Spiegel 2c als Reflektor in einer Vibrationssensoreinrichtung 20,
z.B. einem Schwingungsaufnehmer integriert. Ein Hilfsspiegel 3c wird
beispielsweise auf eine Oberfläche
eines zu untersuchenden Prüflings 21 aufgeklebt.
Die Zuordnung der beiden Spiegel 2c und 3c zueinander
und das Detektionsverfahren entspricht dabei dem zuvor beschriebenen Verfahren,
wobei die Vibrationssensoreinrichtung 20 mit einem Sensor 9 zur
Messung der auftretenden Schwingungen an dem Prüfling 21 versehen
ist. Vorteil dabei ist, dass mit einer derartigen Vibrationssensoreinrichtung
bzw. Schwingungsaufnehmer 20 eine wesentliche Verstärkung einer
zu messenden sehr kleinen auf den Hilfsspiegel 3c übertragenen
Schwingungsamplitude auf optischem Wege und somit eine Erhöhung der
Empfindlichkeit gewährleistet
werden kann. Beispielsweise können
sehr gut Bewegungen von Gebäudeschwingungen
registriert werden. Das System kann also bei Aufstellung von Maschinen
zur Beurteilung der Schwingungsisolation herangezogen werden. Dabei
handelt es sich sowohl um von der Maschine ausgehende Schwingungen,
als auch Untersuchungen von Schwingungen, welchen die Maschine ausgesetzt
ist.Another application of the device 1 is in 5 shown. It consists of the fact that it is used for the detection of vibrations, whereby the whole system can be used as a vibrometer. This is the mirror 2c as a reflector in a vibration sensor device 20 , eg a vibration sensor integrated. An auxiliary mirror 3c is for example on a surface of a test specimen to be examined 21 glued. The assignment of the two mirrors 2c and 3c to each other and the detection method corresponds to the method described above, wherein the vibration sensor device 20 with a sensor 9 for measuring the vibrations occurring on the test specimen 21 is provided. The advantage here is that with such a vibration sensor device or vibration sensor 20 a substantial reinforcement of a very small to be measured on the auxiliary mirror 3c transmitted vibration amplitude by optical means and thus an increase in sensitivity can be ensured. For example, very good movements of building vibrations can be registered. The system can therefore be used when installing machines to assess vibration isolation. These are vibrations from the machine as well as vibrations that the machine is exposed to.
Das
Vibrometer enthält
eine Lichtquelle 4, einen Spiegel 2c und einen
Detektor 9 sowie einen am schwingungsmässig zu vermessenden Gegenstand anzubringender
Hilfsspiegel 3c. Die Lichtquelle und deren Abstrahleinrichtung
und der Spiegel 2c des Vibrometers sind so zueinander angeordnet,
dass ein von der Lichtquelle 4 ausgehender und an einem
nahezu parallel zu dem Spiegel 2c am Messobjekt angebrachten
Hilfsspiegel reflektierter Lichtstrahl zwischen dem Spiegel 2c des
Vibrometers und dem Hilfsspiegel 3c eine Mehrfach-Reflexion
erfährt,
bevor er auf den Detektor 9 fällt.The vibrometer contains a light source 4 , a mirror 2c and a detector 9 and an auxiliary mirror to be attached to the object to be measured by vibration 3c , The light source and its emission device and the mirror 2c of the vibrometer are arranged to each other so that one of the light source 4 outgoing and at a nearly parallel to the mirror 2c Reflected light beam on the object to be measured reflected between the mirror 2c the vibrometer and the auxiliary mirror 3c undergoes a multiple reflection before it hits the detector 9 falls.
Das
direkte Aufkleben oder auch anderweitige Aufbringen des Hilfsspiegels 3c auf
den Prüfling 21 hat
den Vorteil einer berührungslosen
Vibrationsmessung. Da die Spiegelmaße im allgemeinen im Vergleich
zu dem Prüfling
sehr gering sind, haben diese keinen Einfluss auf das System.The direct sticking or otherwise applying the auxiliary mirror 3c to the examinee 21 has the advantage of a non-contact vibration measurement. Since the mirror dimensions are generally very small in comparison to the specimen, they have no influence on the system.
Selbstverständlich ist
es jedoch auch möglich,
Vibrationen eines Prüflings 21 mit
einem Taststift zu erfassen, den man an dem Prüfling 21 angreifen lässt, wobei
dann dessen Lageänderungen
bzw. Schwingungen in Verbindung mit dem Spiegel 3c, der
die Schwingungen des Taststiftes entsprechend der Vorrichtung 6 nach
der 2 mit dem an dem Schwingungsaufnehmer 20 angeordneten
Spiegel 2c entsprechend verstärkt.Of course, it is also possible vibrations of a test specimen 21 with a stylus to capture the test specimen 21 attack leaves, then its position changes or vibrations in conjunction with the mirror 3c which determines the vibrations of the stylus according to the device 6 after 2 with the on the vibration sensor 20 arranged mirrors 2c reinforced accordingly.
6 zeigt
die Vorrichtung 1 als Bestandteil einer Projektionsvorrichtung.
Wie bereits erwähnt, werden
beispielsweise bei digitalen Projektoren, wie aus der DE 698 06 846 T2 bekannt,
kleine Kippspiegel eingesetzt. Derartige Projektionsvorrichtungen bestehen
aus DMD-Anordnungen mit nachgeschalteter Optik zur Projektion von
Bildern. Bei einer Kippspiegelanordnung gemäß der DE 698 06 846 T2 werden
die beweglichen Kippspiegel, welche in 6 mit dem
Bezugszeichen 3d versehen sind, mit einem fest angeordneten
Spiegel 2, der nahezu parallel zu dem DMD angeordnet ist
und dessen Spiegelfläche den
Spiegeln des DMD zugewandt sind kombiniert, um so den erforderlichen
Kippwinkel α der
Kippspiegel 3d um die Anzahl der Reflexionen kleiner auszulegen.
Der Eingangsstrahl 5 stellt hierbei einen Projektionsstrahl
dar, der in seinem Abstrahlwinkel δ durch das DMD moduliert wird.
Aus Übersichtlichkeitsgründen ist
von den verschiedenen Kippspiegeln 3d nur ein Kippspiegel 3d bezüglich seiner Funktionsweise
dargestellt. Zwei weitere Kippspiegel 3d sind nur gestrichelt
angedeutet. Der Kippspiegel 3d ist in seiner Grundeinstellung,
in der die beiden Spiegel 2 und 3d parallel zueinander
liegen, als durchgezogene Linie dargestellt, wobei der Kippspiegel 3d in
ausgelenkter Stellung als eine punktierte Linie dargestellt ist.
Somit stellt der durchgezogene Projektionsstrahl 5 die
Refle xionen an den Spiegelflächen
der Spiegel 2 und 3d bei Nichtauslenkung des Kippspiegels 3d dar,
wobei der gestrichelte Projektionsstrahlengang 13 die Reflexionen
des Strahles 5 an den Spiegeln 2 und 3d bei
Auslenkung der Kippspiegel 3d darstellt. Der durch Bewegung
des Kippspiegels 3d um den Drehpunkt 10 sich ergebende Kippwinkel α ergibt den
Winkel δ zwischen
dem Ausgangsstrahl 5 bei Nichtauslenkung des Kippspiegels 3d und
dem Ausgangsstrahl 13 bei Auslenkung des Kippspiegels 3d.
Der Ausgangsstrahl 5 bzw. 13 trifft dabei nach
Durchgang einer nachgeschalteten nicht näher dargestellten Projektionsoptik 23 auf
eine Projektionsleinwand 9' oder
auf einen Lichtabsorber 24. Für die mehreren Kippspiegel 3d kann
ein gemeinsamer feststehender Spiegel 2 vorgesehen werden.
In diesem Falle ist es jedoch erforderlich, dass der Spiegel 2 an
entsprechenden Stellen Löcher
bzw. Öffnungen 22 aufweist,
damit die einzelnen von den Kippspiegeln 3d umgelenkten
Strahlen entsprechend auf den Lichtabsorber 24 treffen
können. 6 shows the device 1 as part of a projection device. As already mentioned, for example, in digital projectors, such as from the DE 698 06 846 T2 known, small tilting mirror used. Such projection devices consist of DMD arrangements with downstream optics for the projection of images. In a tilting mirror assembly according to the DE 698 06 846 T2 be the movable tilting mirror, which in 6 with the reference number 3d are provided with a fixed mirror 2 , which is arranged nearly parallel to the DMD and whose mirror surface facing the mirrors of the DMD combined, so as to the required tilt angle α of the tilting mirror 3d to make the number of reflections smaller. The input beam 5 This represents a projection beam, which is modulated in its beam angle δ by the DMD. For reasons of clarity is of the various tilt mirrors 3d only a tilting mirror 3d presented in terms of its operation. Two more tilt mirrors 3d are indicated only by dashed lines. The tilting mirror 3d is in its basic setting, in which the two mirrors 2 and 3d parallel to each other, shown as a solid line, wherein the tilting mirror 3d is shown in deflected position as a dotted line. Thus, the solid projection beam 5 the reflections on the mirror surfaces of the mirrors 2 and 3d at Nichtauslenkung the tilting mirror 3d wherein the dashed projection beam path 13 the reflections of the beam 5 at the mirrors 2 and 3d at deflection of the tilting mirror 3d represents. The movement of the tilting mirror 3d around the fulcrum 10 resulting tilt angle α gives the angle δ between the output beam 5 at Nichtauslenkung the tilting mirror 3d and the output beam 13 at deflection of the tilting mirror 3d , The output beam 5 respectively. 13 meets after passing a downstream not shown projection optics 23 on a projection screen 9 ' or on a light absorber 24 , For the several tilt mirrors 3d can be a common fixed mirror 2 be provided. In this case, however, it is necessary that the mirror 2 at appropriate places holes or openings 22 so that the individual of the tilting mirrors 3d deflected rays corresponding to the light absorber 24 can meet.
Der
Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Kippspiegel 3d für große Auslenkwinkel nunmehr
nur noch kleinere Auslenkungen α durchführen müssen und
damit schneller werden. Hieraus ergibt sich ein weiterer Vorteil,
nämlich
dass zum einen die Strukturen der Mikromechanik flacher werden bzw.
sind und somit die aufwändige
Tiefenätzung,
wie aus dem Stand der Technik bekannt, bei der Herstellung wesentlich
reduziert werden kann. Mit der dargestellten Projektionsvorrichtung 12 können somit
die erforderlichen Winkel für
die Auslenkung der Kippspiegel 3d, wobei jeder Kippspiegel 3d gewissermaßen ein
Pixel darstellt, entsprechend verkleinert werden, was eine schnellere
Verstellgeschwindigkeit gewährleistet.
Auf diese Weise kann eine entsprechend höhere Pixelfrequenz und somit auch
eine höhere
Bildfrequenz gefahren werden.The advantage of this embodiment is that the tilting mirror 3d For large deflection now only smaller deflections have to perform α and thus become faster. This results in a further advantage, namely that on the one hand the structures of the micromechanics are flatter or are and thus the costly deep etching, as known from the prior art, can be substantially reduced in the production. With the illustrated projection device 12 Thus, the required angle for the deflection of the tilting mirror 3d , each tilting mirror 3d In a sense, it represents a pixel, be reduced accordingly, which ensures a faster adjustment. In this way, a correspondingly higher pixel frequency and thus a higher frame rate can be driven.
Aus 7 ist
eine weitere im Zusammenhang mit derartigen Projektionsvorrichtungen
vorkommende Anwendung ersichtlich. Hierbei ist ein Polygonscanspiegel 14 in
einer Scanprojektionsvorrichtung 15 dargestellt, welcher
um seine Mittelachse 25 drehbar gelagert ist. Ein Spiegel 2,
welcher feststehend ist, ist gegenüberliegend zu einer Polygonspiegelfläche 3' des Polygonscanspiegels 14 angeordnet.
Durch diese Anordnung wird das bei Polygonscanspiegeln inhärent vorhandene
Problem gelöst,
dass der abscanbare Winkelbereich umgekehrt proportional zur Anzahl
der Polygonflächen
ist und demzufolge große
abgescante Winkelbereiche bei gleichzeitig hoher Zeilen-Wiederholfrequenz
eine entsprechend hohe Drehgeschwindigkeit des Polygon-Scanspiegels
erfordern, woraus wiederum eine häufig unerwünschte Geräuschentwicklung entsteht. Durch
die Multiplikation des abscanbaren Winkelbereiches mit dem Faktor
der Gesamtzahl an Reflexionen wird erreicht, dass bei vorgegebenem
abgescanten Winkelbereich die Anzahl der Polygonflächen entsprechend
dem Faktor der Gesamtzahl an Reflexionen erhöht werden kann und so bei gleichem
abgescanten Winkelbereich und gleicher Zeilen-Wiederholfrequenz
der Polygon-Scanspiegel entsprechend langsamer betrieben werden
kann. Durch die Anordnung des Spiegel 2 parallel zu der
Polygonspiegelfläche 3' wird ebenfalls
ein multiplikativer Effekt erzielt. Der Lichtstrahl 5,
welcher durch die Spiegelanordnung 15 reflektiv hindurchtritt,
wird auf eine hier nicht dargestellte Projektionsfläche projiziert.Out 7 is another occurring in connection with such projection devices application can be seen. Here is a Polygonscanspiegel 14 in a scan projection device 15 shown, which about its central axis 25 is rotatably mounted. A mirror 2 which is fixed is opposite to a polygon mirror surface 3 ' of the polygon canopy mirror 14 arranged. By this arrangement, the problem inherent in Polygonscanspiegeln inherent problem is solved that the scannable angle range is inversely proportional to the number of polygonal surfaces and consequently large abgecante angle ranges at the same time high line repetition frequency require a correspondingly high rotational speed of the polygon scanning mirror, which in turn often unwanted noise arises. By multiplying the scannable angle range by the factor of the total number of reflections, the number of polygonal areas can be increased corresponding to the factor of the total number of reflections for a given scanned angle range and thus for the same scanned angular range and the same line repetition frequency the polygon scan mirror can be operated accordingly slower. By the arrangement of the mirror 2 parallel to the polygon mirror surface 3 ' also a multiplicative effect is achieved. The light beam 5 passing through the mirror assembly 15 Reflectively passes, is projected onto a projection screen, not shown here.
Die
Scanprojektionsvorrichtung 15 kann zur Bildentstehung durch
zeilenförmige
Bildinformationen mit GLV-Elementen 19 kombiniert werden,
welche in Strahlrichtung gesehen vor dem Polygonscanspiegel 14 angeordnet
sind.The scan projection device 15 can be used for image formation by means of line-shaped image information with GLV elements 19 combined, which seen in the beam direction in front of the Polygonscanspiegel 14 are arranged.
Ähnliche
Betrachtungen sind auch beim Einsatz von einer Kombination von GLV-Elementen,
wie aus der DE 101
40 877 A1 bekannt, im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Doppelspiegelvorrichtung 1 möglich. GLV-Elemente 19 als
Bilderzeuger sind schaltbare Beugungs-Reflexionsgitterelemente.
Ein GLV-Element 19 weist
mehrere reflektierende Streifen auf, die parallel zueinander angeordnet
sind und die abwechselnd in ihrer Lage fixiert und in der Höhe beweglich
gelagert sind. Im Prinzip handelt es sich dabei um einen „spaltenförmigen" Projektor, der entsprechend
auf eine Projektionsfläche
projiziert.Similar considerations are also in the use of a combination of GLV elements, such as from DE 101 40 877 A1 known, in connection with the double mirror device according to the invention 1 possible. GLV elements 19 as the image generator are switchable diffraction reflection grating elements. A GLV element 19 has several reflective strips which are parallel to each other angeord are net and alternately fixed in position and stored in height movable. In principle, this is a "columnar" projector, which projects accordingly onto a projection screen.
Der
Polygonscanspiegel 14 sorgt dabei dafür, dass z. B. eine Spalte einmal
von links nach rechts über
die Projektionsfläche
bewegt wird und auf diese Weise das gesamte Bild entsteht. Entsprechend
dem Fortschritt der Spalte muss selbstverständlich der Bildinhalt moduliert
werden. Wenn dabei die Spalte schnell genug über die Projektionsfläche läuft, dann
entsteht ein Gesamtbild. Dies ist ähnlich wie bei einer Zeilenprojektion.
Mit der dargestellten Scanprojektionsvorrichtung 15 mit
dem Spiegel 2 und der Spiegelfläche 3' bedeutet dies, dass es ebenfalls
bereits bei einer kleineren Auslenkung des Polygonscanspiegels 14 zu
einer entsprechend wesentlich größeren Auslenkung
auf der Projektionsfläche
kommt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird ein spaltenförmiger
Modulator mit einem Winkelmultiplikator kombiniert.The Polygonscanspiegel 14 ensures that z. B. a column is moved once from left to right on the screen and thus creates the entire image. Of course, according to the progress of the column, the image content must be modulated. If the column runs fast enough over the projection surface, then an overall picture is created. This is similar to a line projection. With the illustrated scan projection device 15 with the mirror 2 and the mirror surface 3 ' This means that it is also already at a smaller deflection of the polygon scanning mirror 14 to a correspondingly greater deflection on the projection surface comes. In this embodiment, a columnar modulator is combined with an angle multiplier.
Grundsätzlich kann
die Scanprojektionsvorrichtung 15 mit dem Polygonscanspiegel 14 mit
dem daraus resultierenden Winkelmultiplikator auch für andere
Zwecke eingesetzt werden.Basically, the scan projection device 15 with the Polygonscanspiegel 14 with the resulting angle multiplier can also be used for other purposes.
In 8 ist
eine weitere Einsatzmöglichkeit der
Vorrichtung 1 aufgezeigt, nämlich in einer Messeinrichtung.
Der Spiegel 2 ist auch hier zum einfallenden Lichtstrahl 5 fest
angeordnet. Der in dieser Ausgestaltung zur Wirkung kommende Effekt
besteht darin, dass eine parallele Verschiebung des Spiegels 3 in
y-Richtung (siehe Pfeil) um eine bestimmte Strecke δ1 in
eine wesentlich größere Verschiebung δ2 des
Ausgangsstrahles erzeugt. Dabei ist als y-Richtung die Richtung
senkrecht zur Richtung des Eingangs- bzw. Ausgangsstrahles 5 definiert.
Hierbei stellt die durchgezogene Linie den Spiegel 3 ohne Verschiebung
dar und die gestrichelte Linie den Spiegel 3 nach dessen
Verschiebung um δ1. Dies bedeutet, dass der Spiegel 3 von
einer Position a in eine Position b um δ1 in
y-Richtung verschoben worden ist, wobei dies zur Verschiebung des
Ausgangsstrahles um δ2 ebenfalls in y-Richtung führt. Das
Verhältnis von δ2 zu δ1 stellt
dabei den Multiplikationsfaktor dar. Wenn beispielsweise eine Ausführung mit
insgesamt fünf
Reflexionen pro Spiegelfläche
vorgesehen ist, so bewirkt eine Verschiebung des Spiegels 3 von
3 mm eine Auslenkung bzw. Ver schiebung des Ausgangsstrahles um 15
mm. Bei der Anwendung in messenden Systemen, wie beispielsweise
in einem Komparator, ergibt dies also eine Erhöhung der Messgenauigkeit um
den Multiplikationsfaktor aufgrund der Anzahl der Reflexionen. Es
sollte jedoch darauf geachtet werden, dass die Anzahl der Reflexionen
je Spiegelfläche
vor und nach der Verschiebung des Spiegels 3 dieselbe ist,
da sonst Unstetigkeitsstellen auftreten können.In 8th is another use of the device 1 shown, namely in a measuring device. The mirror 2 is also here to the incident light beam 5 firmly arranged. The effect coming into effect in this embodiment is that a parallel displacement of the mirror 3 in y-direction (see arrow) generated by a certain distance δ 1 in a much larger displacement δ 2 of the output beam. In this case, the y-direction is the direction perpendicular to the direction of the input or output beam 5 Are defined. Here, the solid line represents the mirror 3 without displacement and the dashed line represents the mirror 3 after its shift by δ 1 . This means that the mirror 3 has been shifted from a position a to a position b by δ 1 in the y-direction, which leads to the displacement of the output beam by δ 2 also in the y-direction. The ratio of δ 2 to δ 1 represents the multiplication factor. If, for example, an embodiment with a total of five reflections per mirror surface is provided, a displacement of the mirror is effected 3 of 3 mm, a deflection or displacement of the output beam by 15 mm. When used in measuring systems, such as in a comparator, this results in an increase in the accuracy of measurement by the multiplication factor due to the number of reflections. However, care should be taken that the number of reflections per mirror surface before and after the mirror shift 3 is the same, otherwise discontinuities may occur.
In 9 ist
ein ähnliches
Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 1 wie in 8 dargestellt.
Die Funktionsweise ist nahezu äquivalent
zu der Funktionsweise der Vorrichtung 1 nach 8.
Allerdings wird dabei der Spiegel 3 von einer Position
a in eine Position b um δ1, jetzt jedoch in x-Richtung – also parallel
zur Richtung des einfallenden Lichtstrahls 5 – verschoben
(siehe Pfeil), wobei dies zur Verschiebung des Ausgangsstrahles
um δ2 in y-Richtung führt. Das Verhältnis von δ2 zu δ1 stellt
auch hier den Multiplikationsfaktor dar.In 9 is a similar embodiment of the device 1 as in 8th shown. The operation is almost equivalent to the operation of the device 1 to 8th , However, it becomes the mirror 3 from a position a to a position b by δ 1 , but now in the x direction - ie parallel to the direction of the incident light beam 5 - shifted (see arrow), which leads to the displacement of the output beam by δ 2 in the y-direction. The ratio of δ 2 to δ 1 also represents the multiplication factor here.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach der 8 lässt sich mit dem Taststift 7 die
Oberflächenform
bzw. deren Verlauf in y-Richtung eines in x-Richtung zu verschiebenden
Prüflinges 17 vermessen.In the embodiment of the 8th can be with the stylus 7 the surface shape or its course in the y direction of a test object to be displaced in the x direction 17 measured.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach der 9 lässt sich der Oberflächenverlauf
in x-Richtung eines in y-Richtung zu verschiebenden Prüflings 17 mit
dem Taststift 7 messen. In beiden Fällen der Anordnungen nach 8 und 9 wird
die resultierenden Verschiebungen δ2 in
der y-Richtung aufgezeigt werden.In the embodiment of the 9 can the surface profile in the x-direction of a to be moved in the y-direction test specimen 17 with the stylus 7 measure up. In both cases the arrangements after 8th and 9 the resulting displacements δ 2 in the y-direction will be shown.
Selbstverständlich können auch
hier wie in den 1 bis 3 bereits
erwähnt,
Detektoren wie PSD oder CCD-Zeilen zur Detektion des Ausgangsstrahles 5 eingesetzt
werden.Of course, here as in the 1 to 3 already mentioned, detectors such as PSD or CCD lines for detecting the output beam 5 be used.