DE1286078B

DE1286078B - Rotating mirror arrangement for periodic deflection of a light spot along the same line while eliminating the dead time occurring between the end of the line and the beginning of the line

Info

Publication number: DE1286078B
Application number: DE1966J0031714
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Erhard; Kulcke; Kosanke Kurt; Max; Dipl-Phys Dr Werner
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1966-09-06
Filing date: 1966-09-06
Publication date: 1969-01-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehspiegelanordnung zur periodischen Auslenkung eines Leuchtflecks entlang derselben Zeile unter Eliminierung der zwischen Zeilenende und Zeilenanfang auftretenden Totzeit mittels zweier koaxial und um den halben Flächenwinkel gegeneinander versetzt angeordneter Polygonspiegel.The invention relates to a rotating mirror arrangement for periodic Deflection of a light spot along the same line, eliminating the between End of line and beginning of line occurring dead time by means of two coaxial and around the half dihedral angle offset from one another polygon mirrors.

An sich ist es bekannt, einen Lichtstrahl durch Reflexion an einem rotierenden Polygonspiegel entlang einer Zeile auszulenken. Derartige Anordnungen sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß zwischen der Stellung mit der größten Ablenkung und der nächstfolgenden Anfangsstellung einer Zeile eine Totzeit auftritt, die dadurch entsteht, daß eine gewisse Zeitspanne verstreicht, bis sich die nächste Spiegelfläche in der Zeilenanfangsposition befindet. Dieser Nachteil macht sich besonders bei schnell arbeitenden optischen Druckern, bei denen die Zeichen auf elektrooptischem Wege erzeugt oder aus einer Schablone ausgewählt und mittels eines Drehspiegels auf die Zeile der Abbildungsfläche gelenkt werden, bemerkbar, da die erzielbare Druckgeschwindigkeit hierdurch beeinträchtigt wird.It is known per se, a light beam by reflection on a to deflect rotating polygon mirror along a line. Such arrangements however, have the disadvantage that between the position with the largest Distraction and the next following starting position of a line a dead time occurs, which arises from the fact that a certain period of time elapses before the next Mirror surface is in the line start position. This disadvantage makes itself felt especially with fast-working optical printers where the characters are on generated electro-optical path or selected from a template and by means of a Rotating mirror can be directed onto the line of the imaging surface, noticeable because the achievable printing speed is impaired as a result.

Durch die britische Patentschrift 885 606 ist ein derartiges Druckwerk bekannt, das zur Lichtablenkung entlang der Schreibzeile ein sägezahnförmig ausgebildetes Spiegelrad besitzt, dessen Zahnflanken die den Lichtstrahl ablenkenden, reflektierenden Flächen bilden. Wird zu diesem Zweck ein Rad mit großer Zähnezahl verwendet, so kann man erreichen, daß ein Lichtstrahl von punktförmigem Querschnitt nach dem Überstreichen der Druckzeile ohne nennenswerte Totzeit wieder am Zeilenanfang erscheint. Das ein Schriftzeichen abbildende Lichtbündel ist jedoch nicht von punktförmigem Querschnitt, sondern besitzt eine endliche Breite, die bedingt, daß beim Vorüberlaufen der Kanten der Spiegelflächen dennoch eine Totzeit entsteht, die groß genug ist, um die erzielbare Arbeitsgeschwindigkeit derartiger Druckwerke; die beispielsweise etwa 40 000 Zeichen pro Sekunde betragen kann, zu beeinträchtigen.By the British patent specification 885 606 such a printing unit is known that for deflecting light along the writing line a sawtooth-shaped Has a mirror wheel, the tooth flanks of which deflect and reflect the light beam Form surfaces. If a wheel with a large number of teeth is used for this purpose, see one can achieve that a light beam of punctiform cross-section after being passed over the print line appears again at the beginning of the line without any significant dead time. To be there The light beam depicting characters is not, however, of punctiform cross-section, but has a finite width, which requires that when the edges run past the mirror surfaces still creates a dead time that is large enough to achieve the achievable Operating speed of such printing units; for example, about 40,000 characters per second can affect.

Es ist ferner eine Drehspiegelanordnung bekannt, bei der auf einer Achse zwei um den halben Flächenwinkel gegeneinander versetzte Polygonspiegel angeordnet sind. Durch geeignete Neigung der einzelnen Spiegelflächen zur Lenkung des Lichtbündels in ein und dieselbe Zeile kann mit Hilfe dieser Anordnung zwar erreicht werden, daß die zwischen dem Zeilenende und dem Zeilenanfang auftretende Totzeit praktisch eliminiert wird. Es müssen jedoch bei dieser Anordnung beide Spiegel gleichzeitig ausgeleuchtet werden. Das bedeutet aber eine Verschlechterung des Auflösungsvermögens und eine Reduzierung der an der Auftreffstelle des Lichtbündels wirksamen Energie um mindestens die Hälfte. Für das Arbeiten eines optischen Druckers mit Belichtungszeiten in der Größenordnung von Mikrosekunden ist jedoch die Stärke der in einem Bildbereich wirksamen Intensität von ausschlaggebender Bedeutung.There is also a rotating mirror assembly is known in which on a Axis two polygonal mirrors offset from one another by half the face angle are. By appropriately inclining the individual mirror surfaces to direct the light beam in one and the same line can be achieved with the help of this arrangement, that the dead time occurring between the end of the line and the beginning of the line is practical is eliminated. In this arrangement, however, both mirrors have to be at the same time be illuminated. But this means a deterioration in the resolution and a reduction in the energy effective at the point of incidence of the light beam by at least half. For working an optical printer with exposure times however, on the order of microseconds is the strength of that in an image area effective intensity is crucial.

Derselbe Nachteil trifft auch für eine weitere, in der Zeitschrift »Electronic News« vom 25. Juli 1966, S. 36, veröffentlichte Anordnung zu, bei der ebenfalls zwei um den halben Flächenwinkel gegeneinander versetzte und auf derselben Drehachse angeordnete Polygonspiegel verwendet werden und denen das Licht über einen Strahlenteiler zugeführt wird. Auch bei dieser Anordnung wird jeweils nur die Hälfte der Lichtenergie in der Bildspur wirksam.The same disadvantage applies to another one in the magazine "Electronic News" of July 25, 1966, p. 36, published order in which also two offset from one another by half the dihedral angle and on the same Rotation axis arranged polygon mirror are used and which the light over a Beam splitter is fed. In this arrangement, too, only half is used the light energy in the image track.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei welcher die gesamte Energie eines scharf gebündelten, informationführenden Lichtstrahls auf die Bildfläche konzentriert wird.The object of the invention is to provide an arrangement of the type described at the outset Specify type in which the entire energy of a sharply focused, information-carrying Light beam is concentrated on the picture surface.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß jeweils einem der Polygonspiegel ein linear polarisierter Lichtstrahl über einen in an sich bekannter Weise aus einem steuerbaren, die Polarisationsebene des Lichts um 90° drehenden elektrooptischen Element und einem doppelbrechenden Element bestehenden Lichtablenker zugeführt wird, der mittels eines synchron mit der Drehbewegung der Polygonspiegel betätigten Schalters den Lichtstrahl am Ende einer Zeile jeweils von dem einen auf den anderen Polygonspiegel umschaltet.According to the invention this is achieved in that in each case one of the Polygon mirror a linearly polarized light beam over a known per se Way from a controllable, the polarization plane of the light rotating by 90 ° electro-optical element and a birefringent element existing light deflector is fed by means of a synchronous with the rotary movement of the polygon mirror operated switch, the light beam at the end of a line from the one on toggles the other polygon mirror.

Elektrooptische Einrichtungen zur Lichtablenkung sind an sich bekannt. Für die bei der erfindungsgemäßen Anordnung erforderliche Umschaltung können in vorteilhafter Weise jedoch nur Einrichtungen mit außerordentlich kurzen Schaltzeiten und geringen Intensitätsverlusten Verwendung finden. Eine bekannte Einrichtung zur Lichtablenkung, die aus gekreuzten, keilförmigen, flüssigkeitsgefüllten Kerr-Zellen aufgebaut ist, könnte wegen der infolge der zweimaligen Selektion auftretenden Intensitätsverluste und auch wegen der durch den allmählichen Übergang der elliptischen Polarisation bedingten Unschärfe des Strahlenbündels nicht mit Vorteil angewendet werden.Electro-optical devices for deflecting light are known per se. For the switchover required in the arrangement according to the invention, in but advantageously only devices with extremely short switching times and low intensity losses are used. A well-known device for Light deflection resulting from crossed, wedge-shaped, fluid-filled Kerr cells is built up, could because of the intensity losses occurring as a result of the two-time selection and also because of the gradual transition of the elliptical polarization conditional blurring of the beam can not be used with advantage.

Bei Verwendung von Polygonspiegeln mit parallelen Flächen wird in vorteilhafter Weise der elektrooptisch gesteuerte Lichtablenker aus Kombinationen von doppelbrechenden Elementen gebildet, die sowohl die Richtung des ordentlichen als auch des außerordentlichen Strahls ändern, derart, daß die an den beiden Polygonspiegeln reflektierten Strahlen gegeneinander geneigt sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die beiden Strahlen nach Reflexion an den Polygonspiegeln auf dieselbe Druckzeile auftreffen. Eine solche Kombination kann beispielsweise ein doppelbrechendes Element nach Art eines Wollastonprismas mit nachgeschalteten Umlenkprismen enthalten.When using polygon mirrors with parallel surfaces, in advantageously the electro-optically controlled light deflector from combinations formed by birefringent elements that both indicate the direction of the ordinary as well as the extraordinary ray change in such a way that those at the two polygon mirrors reflected rays are inclined to each other. In this way it is achieved that the two rays after reflection at the polygon mirrors on the same print line hit. Such a combination can, for example, be a birefringent element Contained in the manner of a Wollaston prism with downstream deflecting prisms.

Die Erfindung wird an Hand eines durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt F i g. 1 das Drehspiegelprinzip gemäß der Erfindung in einer schaubildlichen Darstellung, F i g. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Drehspiegelanordnung, F i g. 3 in schematischer Darstellung einen optischen Drucker, der mit dem erfindungsgemäßen Drehspiegelprinzip arbeitet, und F i g. 4 eine Zeichenschablone für den in F i g. 3 dargestellten optischen Drucker.The invention is illustrated by means of an exemplary embodiment illustrated by drawings described. It shows F i g. 1 shows the rotating mirror principle according to the invention in a diagrammatic representation, F i g. 2 shows a timing diagram to explain the mode of operation the in F i g. 1 shown rotating mirror arrangement, F i g. 3 in a schematic representation an optical printer that works with the rotating mirror principle according to the invention, and F i g. 4 shows a drawing template for the one shown in FIG. 3 optical printer shown.

In F i g. 1 ist eine Drehspiegelanordnung im Prinzip dargestellt, bei der auf der Welle 1, die sich in Richtung des Pfeils 2 dreht, die beiden sechsflächigen Polygonspiegel 3 und 4 befestigt sind.In Fig. 1 shows a rotating mirror arrangement in principle, in the case of the one on shaft 1, which rotates in the direction of arrow 2, the two hexahedral ones Polygon mirrors 3 and 4 are attached.

Der Spiegel 4 ist gegenüber dem Spiegel 3 um den halben Flächenwinkel verdreht angeordnet, so daß seine Kanten 5 über der Mitte der Flächen 6 des Spiegels 3 liegen.The mirror 4 is opposite the mirror 3 by half the dihedral angle arranged rotated so that its edges 5 over the center of the surfaces 6 of the mirror 3 lie.

Der von diesen Drehspiegeln auf die Bildfläche 7 gelenkte Lichtstrahl 8 wird über den Polarisator 9 zugeführt und ist nach dem Verlassen des Polarisators, wie durch den horizontalen Strich 10 angedeutet, in horizontaler Richtung polarisiert. Anschließend tritt der Lichtstrahl durch das elektrooptische Element 11 hindurch, durch das beim Anlegen einer bestimmten Spannung an die Elektroden 12 und 13 die Polarisationsebene des Lichtstrahls um 90° gedreht wird. Der nunmehr entsprechend der Betätigung des elektrooptischen Elements entweder in waagerechter oder in senkrechter Richtung polarisierte Lichtstrahl durchsetzt den doppelbrechenden Kristall 14, der mit seinen optischen Achsen so orientiert ist, daß der horizontal polarisierte Lichtstrahl als ordentlicher Strahl ohne Ablenkung hindurchtritt, während der, wie durch den senkrechten Strich 15 angedeutet, vertikal polarisierte Strahl den Kristall unter Ablenkung als außerordentlicher Strahl durchsetzt.The one from these rotating mirrors onto the image surface 7 steered Light beam 8 is fed through the polarizer 9 and is after leaving the Polarizer, as indicated by the horizontal line 10, in the horizontal direction polarized. The light beam then passes through the electro-optical element 11 through which when a certain voltage is applied to the electrodes 12 and 13, the plane of polarization of the light beam is rotated by 90 °. The now according to the actuation of the electro-optical element either in a horizontal position or light beam polarized in the perpendicular direction penetrates the birefringent one Crystal 14, which is oriented with its optical axes so that the horizontal polarized light beam passes through as an ordinary beam without deflection while the, as indicated by the vertical line 15, vertically polarized beam penetrates the crystal under deflection as an extraordinary ray.

Aus den Elementen 9,11 und 14 wird somit ein Lichtschalter gebildet, der bezüglich der Drehspiegel 3 und 4 so angeordnet ist, daß der nicht abgelenkte, ordentliche Lichtstrahl 16 auf den Polygonspiegel3 auftrifft, während der abgelenkte, außerordentliche Strahl 17 auf den Polygonspiegel4 gelangt. Die Spiegelflächen der Spiegel 3 und 4 sind leicht gegeneinander geneigt, so daß sowohl der am Spiegel 3 reflektierte Lichtstrahl 16 als auch der am Spiegel 4 reflektierte Lichtstrahl auf dieselbe Schreibzeile treffen.A light switch is thus formed from the elements 9, 11 and 14, which is arranged with respect to the rotating mirrors 3 and 4 so that the undeflected, ordinary light beam 16 strikes the polygon mirror 3, while the deflected, extraordinary beam 17 strikes the polygon mirror 4. The mirror surfaces of the mirrors 3 and 4 are slightly inclined with respect to one another, so that both the light beam 16 reflected on the mirror 3 and the light beam reflected on the mirror 4 strike the same line of writing.

Das elektrooptische Element 11 ist über die Steuerleitung 18 mit dem Kontakt 19 verbunden, der auf einer auf der Drehspiegelwelle 2 befestigten Scheibe 20 gleitet und während des Überstreichens der Kontaktflächen 21 geschlossen ist.The electro-optical element 11 is via the control line 18 with the Contact 19 connected, on a fixed on the rotating mirror shaft 2 disc 20 slides and is closed while the contact surfaces 21 are being swept over.

Zur Erläuterung der Steuerung des elektrooptischen Elements 11 sei nunmehr auf F i g. 2 Bezug genommen, in welcher der zeitliche Verlauf der Betätigung dieses Elements im Zusammenhang mit der Drehlage der Polygonspiegel3 und 4 dargestellt ist. Die nicht nutzbaren Flächenteile der Spiegel, die etwas mehr als eine Zeichenbreite vor dem Erreichen der Flächenkante beginnen und sich nahezu bis zur Mitte der nächsten Spiegelfläche erstrecken, sind durch kreuzschraffierte Bereiche 31 und 32 dargestellt. Die Umschaltung des elektrooptischen Elements 11 erfolgt, gesteuert von der auf der Drehspiegelwelle befindlichen Kontaktscheibe 20, jeweils kurz vor dem Erreichen des nächsten nicht nutzbaren Bereiches, so daß sich die nutzbaren Bereiche 33 und 34 wegen der hohen Schaltgeschwindigkeit der elektrooptischen Elemente praktisch aneinanderreihen, während der Lichtstrahl vom Ende einer Zeile zum Anfang der nächsten Zeile springt. Die der Anschaulichkeit halber als mechanischer Schalter dargestellten Elemente 19, 20 und 21 sind dabei in Wirklichkeit durch elektronische Schalter ersetzt.To explain the control of the electro-optical element 11, let now on Fig. 2, in which the time course of the actuation This element is shown in connection with the rotational position of the polygon mirrors 3 and 4 is. The unusable parts of the surface of the mirror, which is a bit more than a character width begin before reaching the surface edge and move almost to the middle of the next Extending mirror surface are shown by cross-hatched areas 31 and 32. The switching of the electro-optical element 11 takes place, controlled by the the rotating mirror shaft located contact disk 20, each shortly before reaching of the next unusable area, so that the usable areas 33 and 34 practical because of the high switching speed of the electro-optical elements string together while the light beam moves from the end of one line to the beginning of the next Line jumps. Those shown as a mechanical switch for the sake of clarity Elements 19, 20 and 21 are actually replaced by electronic switches.

In F i g. 3 ist schematisch ein optischer Drucker dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße Drehspiegelprinzip verwendet wird. Ein von der durch einen Laser gebildeten Lichtquelle 41 ausgehender Lichtstrahl gelangt durch den steuerbaren Verschluß 42 zu einer ersten, aus elektrooptischen und doppelbrechenden Kristallen bestehenden Ablenkeinheit 43, von der nur der in vertikaler Richtung wirkende Teil dargestellt ist, und durchstrahlt das abzubildende Zeichen der Zeichenschablone 44. Durch die weitere Ablenkeinheit 45, von der ebenfalls nur der vertikale Teil dargestellt ist, wird der das Zeichen führende Lichtstrahl auf einen einheitlichen Ausgangspunkt gelenkt und mittels der Linse 46 auf die Bildebene 47 geworfen. Das auf diese Weise erhaltene Bild des Zeichens wird mittels der Linse 48 auf die Bildebene 49 projiziert. Die Ablenkung des Lichtstrahls auf die jeweilige Druckstelle der Druckzeile erfolgt sodann durch die um den halben Flächenwinkel gegeneinander verdreht angeordneten Polygonspiege150, 51, deren Wirksamwerden in der beschriebenen Weise durch den Lichtschalter 52 gesteuert wird. Der Einfachheit halber sind sechsflächige Spiegel dargestellt; in Wirklichkeit werden beispielsweise Spiegel mit 20 Flächen auf dem Umfang verwendet werden. Die Drehbewegungen der Polygonspiegel beeinflussen über die Leitung 53 den Lichtschalter 52, über die Leitung 54 einen Rechner 55, der seinerseits wiederum die Steuereinheit 56 der Ablenkeinheiten 43 und 45 betätigt, und über die Leitung 57 die Steuereinheit 58 für den Verschluß 42. Die durch diesen Verschluß bewirkte Belichtungszeit beträgt bei derartigen Druckwerken etwa eine Mikrosekunde.In Fig. 3, an optical printer is shown schematically at which the rotating mirror principle according to the invention is used. One by one by one Laser formed light source 41 outgoing light beam passes through the controllable Shutter 42 to a first, made of electro-optical and birefringent crystals existing deflection unit 43, of which only the part acting in the vertical direction is shown, and shines through the character to be imaged on the drawing template 44. Through the further deflection unit 45, of which also only the vertical part is shown, the light beam leading the character is on a uniform The starting point is steered and thrown onto the image plane 47 by means of the lens 46. That The image of the character obtained in this way is applied to the image plane by means of the lens 48 49 projected. The deflection of the light beam onto the respective pressure point of the The print line is then rotated against each other by half the surface angle arranged polygonal mirrors 150, 51, which become effective in the manner described is controlled by the light switch 52. For the sake of simplicity, they are hexahedral Mirror shown; in reality, for example, there are mirrors with 20 surfaces to be used on the scope. Influence the rotational movements of the polygon mirrors via line 53 the light switch 52, via line 54 a computer 55, who in turn actuates the control unit 56 of the deflection units 43 and 45, and via the line 57 the control unit 58 for the shutter 42. The through this Shutter-effected exposure time is about one in such printing units Microsecond.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Ablenkung in den Einheiten 43 und 45 zweidimensional, um ein Zeichen der in F i g. 4 dargestellten Zeichenschablone zu beleuchten. Durch den dargestellten vertikalen Teil werden die Zeichen einer Spalte und durch den nicht dargestellten horizontalen Teil die Zeichen einer Zeile ausgewählt. Die einzelnen Ablenkeinheiten bestehen jeweils aus drei Stufen, und die optischen Dicken der doppelbrechenden Elemente sind jeweils gegenüber der vorhergehenden Stufe verdoppelt, so daß die Steuerung der Ablenkung in ihrer Kodierung direkt den den einzelnen Zeichen zugeordneten binären Kodewörtern entspricht.As already mentioned, the deflection takes place in units 43 and 45 two-dimensionally in order to create a character of the figure shown in FIG. 4 shown drawing template to illuminate. Through the represented vertical part, the characters become a Column and through the horizontal part, not shown, the characters of a line selected. The individual deflection units each consist of three stages, and the optical thicknesses of the birefringent elements are each opposite to the previous one Level doubled so that the control of the deflection in its coding directly denotes the corresponds to the binary code words assigned to the individual characters.

Claims

Claims: 1. Rotating mirror arrangement for periodic deflection of a light spot along the same line, eliminating the one between the end of the line and the beginning of the line occurring dead time by means of two coaxial and by half the dihedral angle Polygon mirrors arranged offset from one another, characterized in that one of the polygon mirrors (3, 4) a linearly polarized light beam (10) via a controllable in a manner known per se, the polarization plane of the light by 90 ° rotating, electro-optical element (11) and a birefringent Element (14) existing light deflector is fed, which by means of a synchronous with the rotary movement of the polygon mirror actuated switch (20) the light beam at the end of a line from one polygon mirror to the other (3 resp. 4) toggles.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electro-optical controlled light deflector containing birefringent elements (14), which both the direction the ordinary (16) and the extraordinary ray (17) change in such a way that that the light rays reflected from the two polygon mirrors (3, 4) against each other are inclined.