DE1572766C

DE1572766C - Device for multiplying the observed angle of incidence of a reflected light beam by multiple reflection

Info

Publication number: DE1572766C
Authority: DE
Inventors: David Larry Yorba Linda Seidman Joel Bernard Los Angeles Cahf Fried (V St A)
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Publication date: 1971-09-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vervielfachen des beobachteten Einfallswinkels eines reflektierten Lichtstrahls durch mehrfache Reflexion zwischen einem sphärischen optischen Fokussie-. rungsmittel und zwei schräg zueinander angeordneten reflektierenden Flächen, die mit dem Fokussierungsmittel zusammenwirken und einen auf eine der beiden reflektierenden Flächen fallenden Lichtstrahl mehrfach, reflektieren.The invention relates to a device for multiplying the observed angle of incidence of a reflected light beam due to multiple reflection between a spherical optical focusing. and two reflective surfaces arranged obliquely to one another, which are connected to the focusing means cooperate and a light beam falling on one of the two reflecting surfaces multiple, reflect.

Die winkelmäßige Steuerung eines Lichtstrahls ist bei Instrumenten häufig erwünscht und wurde bisher mittels eines Spiegels bewirkt, der an einem drehbaren Galvanometerelement angebracht und in der Bahn eines Lichtstrahls aufgehängt wird. Die Grenze der mit einer solchen Anordnung erreichbaren winkelmäßigen Auflösung wird von der Auflösung des reflektierten optischen Bildes bestimmt. Es wurde versucht, diese winkelmäßige Auflösung durch mehrfache Reflexion zu verbessern, wobei mehrere reflektierende Elemente verwendet wurden, die den Ein- ao fallswinkel bei jeder nachfolgenden Reflexion vergrößern. Der Effekt der durch Beugung bedingten Streuung des reflektierten Lichtbildes bei jeder nachfolgenden Reflexion kann die Genauigkeit und die Auflösung dieser Lichtstrahlsteuereinrichtungen mit as mehrfacher Reflexion begrenzen. Mit anderen Worten, die Zahl der nutzbaren Reflexionen ist auf diejenige Zahl" begrenzt, bei der die durch Beugung bedingte Streuung des reflektierten Lichtbildes unzulässig stark wird. Obwohl dieser Effekt durch Verwendung eines Lichtstrahls mit einem großen Durchmesser oder durch Vergrößern des Abtastwinkels des drehbaren Antriebselementes vermindert werden kann, wird durch derartige Maßnahmen die Größe und die Trägheit der Lichtstrahlsteuereinrichtung erhöht, wodurch die Geschwindigkeit vermindert wird, mit der eine derartige Einrichtung betrieben werden kann.Angular control of a light beam is often desirable in instruments and has been so far effected by means of a mirror which is attached to a rotatable galvanometer element and in the Path of a ray of light is suspended. The limit of the angular that can be achieved with such an arrangement Resolution is determined by the resolution of the reflected optical image. It was tries to improve this angular resolution by multiple reflections, with multiple reflective Elements were used that increase the angle of incidence with each subsequent reflection. The effect of diffraction-induced scattering of the reflected light image on each subsequent one Reflection can improve the accuracy and resolution of these beam control devices with as limit multiple reflection. In other words, the number of usable reflections is down to that Number ", in which the scattering of the reflected light image caused by diffraction is impermissible becomes strong. Although this effect is achieved by using a beam of light with a large Diameter or reduced by increasing the scanning angle of the rotatable drive element can be, such measures reduce the size and inertia of the light beam control device is increased, thereby reducing the speed at which such a device operates can be.

Aus der USA.-Patentschrift 2478 762 ist eine Mikroskopeinrichtung bekannt, die zum Vervielfachen des beobachteten Einfallswinkels eines reflektierten Lichtstrahls die Mehrfachreflexion benutzt. Diese Einrichtung weist als" optisches Fokussierungsmittel einen Hohlspiegel und zwei reflektierende Flächen auf, die mit dem Hohlspiegel zusammenwirken und einen auf eine der beiden reflektierenden Flächen fallenden Lichtstrahl mehrfach reflektieren, wobei jede reflektierende Fläche wesentlich kleiner ist als der Hohlspiegel und wobei die optische Symmetrieachse einer jeden der beiden reflektierenden Flächen mit der Symmetrieachse des Hohlspiegels einen Winkel einschließt und bei der in einer reflektierenden Fläche ein Austrittsschlitz vorgesehen ist, durch den ein reflektierter Strahl austritt. -A microscope device is known from US Pat. No. 2,478,762 which can be used to multiply of the observed angle of incidence of a reflected light beam uses multiple reflections. This device points to as "optical focusing means a concave mirror and two reflective surfaces that interact with the concave mirror and repeatedly reflect a light beam falling on one of the two reflecting surfaces, each reflective surface being substantially smaller than the concave mirror and the optical axis of symmetry of each of the two reflective surfaces with the axis of symmetry of the concave mirror encloses an angle and in which an exit slot is provided in a reflective surface, through which a reflected beam emerges. -

Aus der USA^-Patentschrift2684015 ist bekannt, das optische Fokussierungsmittel für Einrichtungen der in Rede stehenden Art als sphärischen Hohl- ; spiegel auszübjlden und diesen mit einer Austrittsöffriung zu versehen.From the USA ^ patent specification 2684015 it is known the optical focusing means for devices of the type in question as a spherical hollow; mirror and this with an exit opening to provide.

Schließlich ' beschreibt die USA.-Patentschrift 2 868063 eine Einrichtung, bei der Mehrfachreflexiorien zwischen einem Hohlspiegel und ebenen reflektierenden Flächen stattfinden.Finally 'describes the USA. Patent 2 868063 a device with multiple reflections take place between a concave mirror and flat reflective surfaces.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Einrichtung zu schaffen, mit der unter Verwendung einer Mindestanzahl optischer Elemente eine mehrhundertfache Vergrößerung eines Abtastwinkels durch die entsprechend häufige Reflexion eines Lichtstrahls bewirkt wird, wobei der■'■ Abtastwinkel einer auf Reflexion beruhendenLichtstrahlsteuereinrichtung vergrößert wirdj ohne T die · Winkelgeschwindigkeit der Steuereinrichtung zu vermindern.The object of the invention is to provide a device with which, using a minimum number optical elements a several hundred times enlargement of a scanning angle by the corresponding frequent reflection of a light beam is caused, thereby increasing the scanning angle of a reflection-based light beam control device j without T is the angular velocity of Control device to decrease.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Krümmungsmittelpunkt des Fokussierungsmittels auf einer von drei aufeinander senkrecht stehenden Achsen gelegen ist, daß jede reflektierende Fläche" wesentlich kleiner ist als die Fläche des Fokussierungsmittels, daß die optische Symmetrieachse einer jeden der beiden reflektierenden Flächen schräg in einer Ebene verläuft, in der die genannte erste Achse und eine zweite der aufeinander senkrecht stehenden Achsen gelegen sind, daß mindestens die eine der beiden reflektierenden Flächen um eine Achse drehbar ist, die parallel zu der genannten zweiten Achse der aufeinander senkrecht stehenden. Achsen verläuft, wobei die Drehung der Fläche dem beobachteten Winkel entspricht, und daß das Fokussierungsmittel mit einem an sich bekannten Austrittsschlitz versehen ist, der in einer zur ersten und zur dritten Achse senkrecht verlaufenden Ebene gelegen ist, durch welchen Schlitz ein reflektierter Lichtstrahl unter einem vervielfachten Winkel austritt.The object is achieved according to the invention by that the center of curvature of the focusing means on one of three perpendicular to each other standing axes is that each reflective surface "is significantly smaller than the area of the Focusing means that the optical symmetry axis of each of the two reflecting surfaces runs obliquely in a plane in which said first axis and a second axis perpendicular to each other standing axes are located that at least one of the two reflective surfaces around a Axis is rotatable, which is parallel to said second axis of the mutually perpendicular. Axes runs, the rotation of the surface corresponding to the observed angle, and that the focusing means is provided with an outlet slot known per se, which is in one to the first and to the third axis perpendicular plane is located, through which slot a reflected light beam exits at a multiplied angle.

Die Anzahl der Reflexionen, die bei der oben beschriebenen Anordnung wirksam verwendet werden kann, wird durch die Größe des verwendeten Lichtstrahlbildes und dessen durch die Beugung bedingten Streuung begrenzt, während die Anzahl der tatsächlich erhaltenen, aufeinanderfolgenden Reflexionen von dem Versetzungswinkel zwischen den beiden schräg zueinander verlaufenden reflektierenden Flächen bestimmt wird. Mit Hilfe eines schmalen Lichtstrahls und des Refokussierungseffektes des sphärischen Spiegels wird der Effekt der durch die Beugung bedingten Streuung vermindert, so daß eine größere Anzahl von Reflexionen verwendet werden kann. Eine derart erhöhte Anzahl von Reflexionen wird dadurch erhalten, daß die Winkelversetzung zwischen den beiden schräg zueinander verlaufenden reflektierenden Flächen vermindert wird.The number of reflections that occurred in the case of the above Arrangement can be effectively used is determined by the size of the light beam image used and its diffraction-related scattering is limited, while the number of actually successive reflections obtained from the offset angle between the two inclined reflective surfaces is determined. With the help of a narrow Light beam and the refocusing effect of the spherical mirror is the effect of the Diffraction-related scattering is reduced so that a greater number of reflections are used can. Such an increased number of reflections is obtained by the angular displacement between the two reflective surfaces running obliquely to one another is reduced.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden reflektierenden Flächen vor dem Fokussierungsmittel angeordnet und diesem zugewandt sowie nahe an der ersten Achse der aufeinander senkrecht stehenden Achsen, wobei jede der beiden Flächen ausschließlich an einem von zusammengehörenden Brennpunkten um einen Krümmungsmittelpunkt des Fokussierungsmittels herum angeordnet ist und wobei mindestens eine der beiden reflektierenden Flächen um eine Achse herum orientiert ist, die parallel zur zweiten Achse der aufeinander senkrecht stehenden Achsen verläuft, und zwar um einen Wert, der der Parallaxe zwischen den beiden reflektierenden Flächen an der Kante des Fokussierungsmittels in einer Ebene entspricht, die die erste und die dritte Achse der aufeinander senkrecht stehenden Achsen enthält, und wobei mindestens die eine der beiden reflektierenden Flächen um eine Achse drehbar ist, die senkrecht zur ersten und zweiten Achse der aufeinander senkrecht 'Stehenden Achsen verläuft, welche Drehung dem zu vervielfachenden Winker entspricht, y'--- In the preferred embodiment of the invention, the two reflective surfaces are arranged in front of the focusing means and facing it and close to the first axis of the mutually perpendicular axes, each of the two surfaces being arranged exclusively at one of associated focal points around a center of curvature of the focusing means and wherein at least one of the two reflecting surfaces is oriented around an axis which runs parallel to the second axis of the mutually perpendicular axes, namely by a value which corresponds to the parallax between the two reflecting surfaces at the edge of the focusing means in a plane, containing the first and third axes of the mutually perpendicular axes, and wherein at least one of the two reflective surfaces is rotatable about an axis that is perpendicular to the first and second axes of the mutually perpendicular axes, w Which rotation corresponds to the angle to be multiplied, y '---

Vorzugsweise wird eine Quelle eines gebündelten monochromatischen Lichtes vorgesehen, das in die mehrfach reflektierende Optik geleitet wird, wobei die Beugung an den beiden reflektierenden Flächen in bezug auf das Fokussierungsmittel begrenzt wird.Preferably, a source of collimated monochromatic light is provided, which in the multiple reflective optics is conducted, the diffraction at the two reflective surfaces with respect to the focusing means is limited.

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Die durch die Lichtquelle bedingte Beugung wird fallende Strahl 14 wird als Strahl 15 reflektiert undThe diffraction caused by the light source is falling beam 14 is reflected as beam 15 and

begrenzt, und die Lichtquelle wird so ausgerichtet erzeugt auf dem sphärischen Spiegel 10 am Punkt 1limited, and the light source is generated aligned on the spherical mirror 10 at point 1

und angeordnet, daß das Licht in einer Ebene ein- ein fokussiertes Abbild. Vom Punkt 1 aus wird derand arranged that the light in a plane is a focused image. From point 1 the

fällt, die die erstgenannte Achse enthält und senk- Strahl 15 als Strahl 16 auf den konjugierten Punkt B falls, which contains the first-mentioned axis and lowering ray 15 as ray 16 on the conjugate point B.

recht zu der den Austrittsschlitz enthaltenden Ebene 5 des Brennpunktes A reflektiert, da der Punkt A right to the plane 5 of the focal point A containing the exit slit, since the point A

gelegen ist. gegen den Krümmungsmittelpunkt C axial versetztis located. axially offset from the center of curvature C.

Im günstigsten Falle weisen beide reflektierenden ist, wie aus den F i g. 1 und 2 zu ersehen ist. DerIn the best case, both have reflective is, as shown in FIGS. 1 and 2 can be seen. the

Flächen eine sphärische Krümmung auf, wobei der zweite kleine Spiegel 12 ist in bezug auf den Ort D Surface a spherical curvature, the second small mirror 12 being with respect to the location D

Krümmungsradius beider reflektierender Flächen im der Lichtquelle etwas geneigt. Andererseits kannRadius of curvature of both reflecting surfaces slightly inclined in the light source. On the other hand, can

wesentlichen gleich dem Krümmungsradius des Fo- io auch der Spiegeln (bei A) in bezug auf D etwasessentially the same as the radius of curvature of the foio also of the mirrors (at A) with respect to D somewhat

kussierungsmittels ist. geneigt angeordnet sein. Auf diese Weise wird deris kissing agent. be arranged inclined. In this way, the

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrie- Lichtstrahl aus der Quelle D (an der Kante desThe invention will now be described in detail- light beam from source D (at the edge of the

ben. In den Zeichnungen ist sphärischen Spiegels 10) einige Male hin- und her-ben. In the drawings, the spherical mirror 10) is reciprocated a few times

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anord- reflektiert, und zwar zum Spiegel 11, von dort aus zurF i g. 1 shows a schematic representation of the arrangement reflected, specifically to the mirror 11, from there to the

nung nach der Erfindung, 15 entgegengesetzten Kante des sphärischen Spiegels 10,tion according to the invention, 15 opposite edge of the spherical mirror 10,

F i g. 2 eine Darstellung der mehrfach reflektieren- zum Spiegel 12 und als reflektierter Strahl 17 zumF i g. 2 shows a representation of the multiple reflecting to the mirror 12 and as a reflected beam 17 to the

den Optik der Anordnung nach der F i g. 1, Punkt 2 in Richtung zur ersten Kante des sphärischenthe optics of the arrangement according to FIG. 1, point 2 towards the first edge of the spherical

Fig. 3 eine Darstellung, die die Winkelverviel- Spiegels 10. Vom Punkt 2 aus wird der Strahl 17 alsFig. 3 is an illustration showing the Winkelverviel- mirror 10. From point 2, the beam 17 is as

fachung senkrecht zur Ebene der Fig. 2 mit Hilfe Strahl 18 reflektiert und fällt auf den Spiegeln amfold perpendicular to the plane of FIG. 2 by means of beam 18 is reflected and falls on the mirrors on

der mehrfach reflektierenden Anordnung nach den 20 Punkt A, der infolge der axialen Versetzung desthe multiple reflective arrangement according to the 20 point A, which is due to the axial displacement of the

F i g. 1 und 2 zeigt, Punktes B in bezug auf den Krümmungsmittelpunkt C F i g. 1 and 2 shows point B with respect to the center of curvature C.

Fig. 4 eine Vorderansicht des sphärischen Fokus- dem PunktB zugeordnet ist. Hiernach wird der vom4 shows a front view of the spherical focus - the point B is assigned. After that, the from

sierungsmittels und des Austrittsschlitzes und Punkt 2 auf den Spiegel 11 reflektierte Lichtstrahl insierungsmittel and the exit slit and point 2 on the mirror 11 reflected light beam in

F i g. 5 und 6 eine Darstellung einer anderen An- ähnlicher Weise, jedoch winkelmäßig versetzt hin-F i g. 5 and 6 a representation of a different similar way, but angularly offset backwards.

ordnung des Austrittsschlitzes, die das Muster der 25 und herreflektiert. Der vom Spiegel 11 als Strahl 19order of the exit slot, which reflects the pattern of 25 and 14. That from mirror 11 as ray 19

fokussierten Abbildungen zeigt, die auf Grund der reflektierte zweite Lichtstrahl wird auf den drittenFocused images shows that due to the reflected second light beam is on the third

winkelmäßigen Versetzung der beiden Spiegel um Punkt 3 des sphärischen Spiegels 10 links vom Punkt 1angular displacement of the two mirrors around point 3 of the spherical mirror 10 to the left of point 1

eine zu den Ebenen der F i g. 5 und 6 parallele und geworfen und auf den Spiegel 12 als Strahl 20 reflek-one to the levels of FIG. 5 and 6 parallel and thrown and reflected onto the mirror 12 as a beam 20

zum Austrittsschlitz senkrechte Achse erhalten tiert, wie bei den Strahlen 15 und 16 beschrieben,axis perpendicular to the exit slit received animals, as described for rays 15 and 16,

werden. 30 Auf Grund des Zusammenwirkens des Spiegels 12will. 30 Due to the interaction of the mirror 12

In den Figuren sind die einander gleichen oder mit dem sphärischen Spiegel 10 wird der kleinereIn the figures, the same or with the spherical mirror 10 becomes the smaller one

entsprechenden Bauelemente mit den gleichen Be- eingeschlossene Winkel zwischen den einfallendencorresponding components with the same included angle between the incident ones

zugszeichen versehen. Es ist ein sphärisches Fokus- und reflektierten Strahlen in bezug auf den einge-mark. It is a spherical focus and reflected rays in relation to the

sierungsmittel vorgesehen, das aus einem sphärischen schlossenen Winkel zwischen entsprechenden PaarenSizing means is provided which consists of a spherical closed angle between respective pairs

konkaven Spiegel 10 mit einem Krümmungsmittel- 35 von einfallenden und reflektierten Strahlen des Ein-concave mirror 10 with a means of curvature 35 of incident and reflected rays of the entrance

punkt C besteht. Dieser Mittelpunkt stellt auch die gangsspiegels 11 immer kleiner. Mit anderen Worten,point C exists. This center point also makes the aisle mirror 11 smaller and smaller. In other words,

Mitte eines Koordinatensystems mit drei aufeinander die Bildpunkte werden auf den Spiegel 10 abwech-In the middle of a coordinate system with three on top of each other, the image points are alternated on the mirror 10.

senkrecht stehenden Achsen dar, von denen die erste selnd auf die eine und die andere Seite geworfen undvertical axes, the first of which is thrown to one side and the other, and

Achse durch diesen Punkt und durch die Mitte des nähern sich fortschreitend der Mitte E des SpiegelsAxis through this point and through the center of the progressively approach the center E of the mirror

sphärischen Spiegels 10 verläuft. An Stellen, die die 40 10. Nach der F i g. 2 ist der eingeschlossene Winkelspherical mirror 10 runs. In places that the 40 10. After the F i g. 2 is the included angle

konjugierten Brennpunkte des Fokussierungsmittels zwischen den Strahlen 16 und 17 kleiner als der Win-conjugate foci of the focusing means between rays 16 and 17 smaller than the wind

10 darstellen, sind zwei kleine reflektierende Flächen kel zwischen den Strahlen 14 und 15 mit der Folge,10 represent, two small reflective surfaces are kel between the rays 14 and 15 with the result

11 und 12 angeordnet. Ein erster Spiegel 11 der bei- daß der eingeschlossene Winkel zwischen den Stränden Spiegel 11 und 12 dient als Eingangsspiegel für len 18 und 19 kleiner ist als der zwischen den Straheine nicht dargestellte Quelle eines gebündelten 45 len 14 und 15.11 and 12 arranged. A first mirror 11 is the included angle between the beaches Mirror 11 and 12 serves as an input mirror for len 18 and 19 is smaller than the one between the straheine Source, not shown, of a bundled 45 len 14 and 15.

Lichtstrahls, der an einer Kante D des Fokussie- Wie in der F i g. 1 dargestellt, ist der Spiegel 10 inLight beam which at an edge D of the focus- As in FIG. 1, the mirror 10 is shown in FIG

rungsmittels 10 verläuft und auf den Spiegel 11 ge- der Mitte E mit einem radialen Austrittsschlitz 40 The center E with a radial exit slot 40 extends onto the mirror 11

richtet ist Dieser Lichtstrahl weist vorzugsweise eine versehen, der im wesentlichen senkrecht zu der vonThis light beam preferably has one which is substantially perpendicular to that of

begrenzte, auf Beugungseffekte zurückzuführende der Achse Z und dem Punkt D bestimmten Ebenelimited plane determined by the Z axis and the point D due to diffraction effects

Streuung auf, wie beispielsweise ein Laserstrahl. Ein 5° verläuft. Aus dem Schlitz tritt derjenige Strahl aus,Scattering, such as a laser beam. A 5 ° runs. The ray emerges from the slot

derartiger Strahl bei D kann durch Fokussieren der der in den Schlitz fällt. Wenn die Symmetrieachsesuch beam at D can be made by focusing the that falls into the slit. If the axis of symmetry

Strahlungsquelle auf einen Fleck erhalten werden, oder die Normale der Spiegel 11 und 12 parallel zuRadiation source can be obtained on a spot, or the normal of the mirrors 11 and 12 parallel to

in dem die durch die Beugung bedingte Streuung der von der Achse Z und dem Punkt D bestimmtenin which the scattering due to diffraction is determined by the axis Z and the point D.

begrenzt ist. Ebene verläuft, so erfolgt der Austritt des Strahlsis limited. If the plane runs through the plane, the jet emerges

Die Mitte dieses Lichtstrahls und die erste Achse Z 55 unter dem Höhenwinkel Null oder in einer waagedes obengenannten Koordinatensystems bilden eine rechten Ebene, die die Achse Z des sphärischen Ebene, die einen Winkel enthält, um den eine optische Spiegels 10 enthält, wie aus der Vorderansicht des in Symmetrieachse einer der beiden Spiegel 11 und 12 der Fig. 4 dargestellten Spiegels 10 zu ersehen ist. in bezug auf die Achse des anderen Spiegels etwas Die Lichtstrahlsteuerung in einer Ebene unter Verversetzt ist, wie in der F i g. 2 übersteigert dargestellt 60 vielf ältigung des Abtastwinkels erfolgt durch Kippen ist. Mit dieser beschriebenen Beziehung zwischen den oder Drehen mindestens eines der beiden Spiegel 11 beiden Spiegeln soll bezweckt werden, ein mehrfach und 12 nach der Fig. 1 um eine auf der Hauptreflektierendes optisches System zu schaffen, das mit achse Z des Spiegels 10 senkrecht stehende Achse, dem sphärischen Spiegel 10 zusammenwirkt, wie ^us die in der (waagerechten) Bezugsebene liegt, nach der der Fig. 2 zu ersehen ist. , 65 Fig. Ϊ, die von der AchseZ und dem PunktD be-The center of this light beam and the first axis Z 55 under the elevation angle zero or in a horizontal of the above coordinate system form a right plane which contains the axis Z of the spherical plane which contains an angle around which an optical mirror 10, as seen from the front view of the mirror 10 shown in the axis of symmetry of one of the two mirrors 11 and 12 of FIG. 4 can be seen. with respect to the axis of the other mirror slightly. The light beam control is offset in a plane below, as in FIG. 2, shown in an exaggerated manner, the scanning angle is varied by tilting. With this described relationship between the or rotation of at least one of the two mirrors 11, the aim is to create a multiple and 12 according to FIG. the spherical mirror 10 cooperates, as ^ us which lies in the (horizontal) reference plane according to which FIG. 2 can be seen. , 65 Fig. Ϊ, which is from the axis Z and the point D

Die Fig. 2 zeigt einen durch die Mitte längs der stimmt wird. (Werden beide Spiegel Ii und 12 geMittelachse Z des sphärischen Spiegels 10 in der kippt, so muß dies nach entgegengesetzten Richtun-F i g. 1 verlaufenden Schnitt. Der auf den Spiegel 11 gen erfolgen.) Wird z. B. der Eingangsspiegel 1 inner-Fig. 2 shows one through the middle along which is correct. (If both mirrors Ii and 12 are tilted along the center axis Z of the spherical mirror 10, this must be done in the opposite direction. B. the entrance mirror 1 inside

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halb eines Höhenwinkels gekippt, so induziert dieser Obwohl das Strahlaustrittsmittel 40 nach den Höhenwinkel eine entsprechende Änderung bei der Fig. 1, 2, 4 und 5 als ein Schütz oder eine Öffnung Höhenkomponente des Einfallswinkels des einfallen- am sphärischen Spiegel 10 beschrieben wurde, kann den Strahls 14 in bezug auf eine Normale des Ein- das Strahlaustrittsmittel E auch aus einer ebenen gangsspiegels 11, wobei eine entsprechende Änderung 5 reflektierenden Fläche oder aus einem ebenen reflekbei dem Höhenwinkel des Strahls 15 bewirkt wird, tierenden Streifen bestehen, der schräg angeordnet ist wie aus dem senkrechten Schnitt nach der F i g. 3 zu und die Information über die Versetzung oder Abersehen ist, und zwar parallel zur Mittelachse Z des tastung auf eine abbildende Einrichtung oder ein sphärischen Spiegels 10 nach der Fig. 1. anderes Mittel zum Auswerten dieser Informationhalf of an elevation angle, this induces although the beam exit means 40 according to the elevation angle a corresponding change in FIGS Beam 14 with respect to a normal of the entrance the beam exit means E also consist of a planar mirror 11, a corresponding change 5 reflecting surface or a planar reflecting strip is made at the elevation angle of the beam 15, which is arranged obliquely as from the vertical section according to FIG. 3 to and the information about the displacement or failure is parallel to the central axis Z of the scanning on an imaging device or a spherical mirror 10 according to FIG. 1. Another means for evaluating this information

In der Fi g. 3 kann der Strahlengang bei einem in io wirft. Bei dem Austritt eines gegebenen (n) Bildpunk-In Fi g. 3 the beam path can be throws at one in io. At the exit of a given image point

der Höhe erfolgenden Kippen des Eingangsspiegels 11 tes von mehreren aufeinanderfolgenden Bildpunktenthe height of the tilting of the input mirror 11 of several successive pixels

in derselben Weise verfolgt werden wie bei den Spie- wird eine weitere Bildvervielfachung in der offenbar-can be followed in the same way as in the case of the

geln 11 und 12 in der Fig. 2. Bei der Draufsicht der ten und in den Fig. 1, 2, 4 und 5 dargestelltenrules 11 and 12 in Fig. 2. In the plan view of the th and in Figs. 1, 2, 4 and 5 shown

Fig. 2 und der Seitenansicht der Fig. 3 bestehen reflektierenden optischen Anordnung verhindert. MitFig. 2 and the side view of Fig. 3 are prevented from reflective optical arrangement. With

verschiedene wichtige Unterschiede als Folge des 15 anderen Worten, der letzte reflektierte Bildpunkt istvarious important differences as a result of the other words being the last pixel reflected

Umstandes, daß der Punkt D (der Ort der Quelle des der Bildpunkt (n — 1).The fact that the point D (the location of the source of the pixel (n - 1).

gebündelten Lichtstrahles) und der Strahl 14 in der Der Austrittsschlitz kann ferner aus einer senkdie Bezugsachse Z des sphärischen Spiegels 10 ent- rechten Kante bestehen, die aus einem Bogen eines haltenden waagerechten Ebene liegen. Wird der Ein- großen Kreises eines abgeschnittenen sphärischen gangsspiegel 11 (F i g. 3) der Höhe nach so ausgerich- 20 Spiegels besteht, wie in der F i g. 6 durch die senktet, daß eine Normale parallel zur waagerechten rechte Kante dargestellt ist. Diese dem Schlitz 40 in AchseZ des sphärischen Spiegels 10 verläuft, dann der Fig. 1 entsprechende Ausbildung, die gegen die liegt auch der Strahl 15 als vom Spiegel 11 reflektier- Mitte des Spiegels 10 nach der Fig. 1 versetzt ist, ter Strahl 14 (der dem reflektierten Strahl 15 in den bewirkt keine Unterbrechung der aufeinanderfolgen-Fig. 1 und 2 entspricht) in der den Strahl 14 enthal- 25 den Reflexionen an der Fläche des Spiegels 10, führt tenden waagerechten Ebene, und alle in der mehrfach jedoch zu einer größeren Anzahl von verwertbaren reflektierenden Anordnung nach der F i g. 1 später Reflexionen bei einer gegebenen waagerechten Abreflektierten Strahlen liegen ebenfalls in der in der messung der Spiegelöffnung, wobei die winkelmäßige F i g. 4 dargestellten Bezugsebene. Multiplikation erhöht wird. Da dieser Austrittsschlitzbundled light beam) and the beam 14 in the Reference axis Z of the spherical mirror 10 consist on the right edge, which consists of an arc of a holding horizontal plane. Becomes the single large circle of a truncated spherical Aisle mirror 11 (FIG. 3) is so aligned in height as in FIG. 6 through the lowers, that a normal is shown parallel to the horizontal right edge. This the slot 40 in Axis Z of the spherical mirror 10 runs, then the Fig. 1 corresponding training that against the If the beam 15 is also offset from the mirror 11, the center of the mirror 10 according to FIG. 1 is offset, ter beam 14 (which the reflected beam 15 in the causes no interruption of the successive fig. 1 and 2 correspond) in which the beam 14 containing reflections on the surface of the mirror 10 leads tend horizontal level, and all in the multiple, however, to a larger number of usable reflective arrangement according to FIG. 1 later reflections for a given horizontal reflected Rays also lie in the measurement of the mirror opening, the angular F i g. 4 reference plane shown. Multiplication is increased. Because this exit slot

Wird mindestens der Eingangsspiegel 11 innerhalb 30 aus einem großen Kreis an der konkaven Fläche desIf at least the entrance mirror 11 is within 30 from a large circle on the concave surface of the

eines gegebenen Höhenwinkels gekippt, wie in der Fokussierungsmittels 10 besteht, so enthält derentilted a given elevation angle, as consists in the focusing means 10, so contains the

Fig. 3 übertrieben dargestellt ist, so wird, wie an senkrechte Ebene die senkrechte AchseX (Fig. 1)Fig. 3 is shown exaggerated, how the vertical axis X (Fig. 1)

sich bekannt, der erste reflektierte Strahl 15 über und verläuft senkrecht zur waagerechten Achse Y known, the first reflected beam 15 passes over and is perpendicular to the horizontal axis Y.

einen doppelt so großen Winkel gedreht mit der (Fig. 1).rotated an angle twice as large with the (Fig. 1).

Folge, daß das Abbild 1 auf der Fläche des sphäri- 35 In den Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 wurde für einen verschen Spiegels 10 senkrecht versetzt wird. Das Ab- hältnismäßig großen Versetzungswinkel in der Waagebild 1 wird als Strahl 16 auf den Spiegel 12 am rechten und für einen gleichfalls übertrieben großen Punkt-B geworfen (der in bezug auf den Punkt C dem Höhenkippwinkel nur eine sehr begrenzte Anzahl der Punkt A entspricht) als Folge der axialen Versetzung Reflexionen dargestellt. Dies wurde nur der besseren des Spiegels 11 und des Punktest in bezug auf den 40 Übersicht wegen durchgeführt, und die Anzahl der Krümmungsmittelpunkt C des sphärischen Spiegels Reflexionen kann bei einer entsprechenden Vergröße-10. Der Strahl 16 wird vom Spiegel 12 als Strahl 17 rung des Ausgangswinkels mehrere Hundert betragen, reflektiert und erzeugt ein Abbild 2 an der zum Bild- Die Anzahl der Reflexionen und der zugehörige Azipunkt 1 entgegengesetzten Seite der Achse Z. Vom mutwinkel von Mitte zu Mitte benachbarter Bild-Bildpunkt 2 aus wird der Strahl 17 als Strahl 18 auf 45 punkte auf dem Spiegel 10 ist eine Funktion der aziden Eingangsspiegel 11 geworfen und von diesem als mutmäßigen Versetzung zwischen den beiden Spie-Strahl 19 reflektiert, der oberhalb des Punktes 1 einen geln 11 und 12. Dieser Winkel soll etwas kleiner sein, Bildpunkt 3 erzeugt. als die Breite des Austrittsschlitzes 40 beträgt, wo-As a result, the image 1 is offset vertically on the surface of the spherical 35 In FIGS. 2, 3, 4, 5 and 6 for a different mirror 10. The relatively large displacement angle in the balance image 1 is thrown as a ray 16 onto the mirror 12 on the right and for an equally exaggeratedly large point B (which corresponds to the height tilt angle only a very limited number of points A with regard to point C) shown as a result of the axial displacement reflections. This was only carried out for the sake of better overview of the mirror 11 and the point test with reference to FIG. The beam 16 is reflected by the mirror 12 as a beam 17 tion of the exit angle several hundred, and generates an image 2 on the opposite side of the Z axis to the image Image pixel 2, the ray 17 is thrown as ray 18 at 45 points on the mirror 10 is a function of the acidic input mirror 11 and is reflected by this as a presumed offset between the two mirror rays 19, which above point 1 have a gel 11 and 12. This angle should be a little smaller, image point 3 generated. than the width of the outlet slot 40, where-

Da der Punkt 2 unterhalb der Bezugshöhe des durch eine bessere Auflösung erzielt wird (z. B. sollen PunktesD liegt (Fig. 3), so ist der von den Strahlen 50 entweder am oberen oder am unteren Austrittspunkt 18 und 19 am Eingangsspiegel 11 eingeschlossene nicht mehr als zwei seitlich benachbarte und vorzugssenkrechte Winkel größer als der von den Strahlen 14 weise nur ein Bildpunkt projiziert werden). Je schma- und 15 eingeschlossene Winkel. Bei einem Kippen des ler der Schlitz 40 ist und je kleiner die azimutmäßige Eingangsspiegels 11 innerhalb eines Höhenwinkels Versetzung zwischen den Spiegeln 11 und 12 ist, um umfassen aufeinanderfolgende Reflexionen zwischen 55 so größer ist die Anzahl der Reflexionen und um so dem sphärischen Spiegel 10 und dem Eingangsspiegel größer der Grad der winkelmäßigen Multiplikation. 11 der Reihe nach größere Winkel. Mit anderen Wor- Die durchführbare Mindestweite des Schlitzes 40 wird ten: auf den Spiegel 10 werden die Bildpunkte ab- natürlich von der Größe des projizierten Bildpunktes wechselnd an entgegengesetzten Seiten geworfen, die bestimmt, mit anderen Worten
sich allmählich der Umfangskante des Spiegels 10 60Since point 2 is below the reference height of the achieved by a better resolution (z. B. should point D (Fig. 3), so that of the rays 50 either at the upper or lower exit point 18 and 19 at the entrance mirror 11 is included no more than two laterally adjacent and preferably perpendicular angles larger than that of the rays 14, only one pixel is projected). Each narrow and 15 included angles. When tilting the ler the slot 40 is and the smaller the azimuthal input mirror 11 is within an elevation angle offset between the mirrors 11 and 12 to include successive reflections between 55, the greater the number of reflections and so the spherical mirror 10 and the Entrance level greater than the degree of angular multiplication. 11 larger angles one after the other. In other words, the feasible minimum width of the slot 40 is th: on the mirror 10, the image points are, of course, thrown alternately on opposite sides depending on the size of the projected image point, which determines, in other words
gradually the peripheral edge of the mirror 10 60

nähern und von der waagerechten Bezugsebene ent- a + d<ib<.c, approach and from the horizontal reference plane a + d <ib <.c,

fernen, wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist. Hiernach wenndistant, as can be seen from FIG. 5. Afterwards if

wird der aus dem Schlitz 40 austretende Strahl oder α die Abmessung des Bildpunktes,the beam emerging from the slot 40 or α the dimension of the image point,

der Bildpunkt («) gegen die Bezugsebene um eine _b _{die waagerechte} Entfernung zwischen benachbar-the image point («) against the reference plane by a _b _{the horizontal} distance between neighboring

Strecke versetzt die der senkrechten winkehnaßigen 65 _{ten Bil}|_{punkten von} Mitte zu Mitte gemessen,Route puts the the vertical winkehnaßigen 65 _{th Bil} | _points measured from center to center,

Versetzung des Strahls 15 (Fig. 3), multipliziert mit r > . &Displacement of the beam 15 (Fig. 3), multiplied by r> . &

der Anzahl (n) der Reflexionsbilder beiderseits der ^c ^{die Weite des} Austrittsschlitzes undthe number (n) of the reflection images on both sides of the ^c ^{the width of the} exit slit and

Bezugsebene (oberhalb oder unterhalb) entspricht. d die Ungenauigkeit des Austrittsschlitzes ist.Corresponds to the reference plane (above or below). d is the inaccuracy of the exit slot.

.7.7

Wie in der. optischen Technik bekannt, erfolgt bei einer mehrfachen Projektion eines eine begrenzte, durch Beugung bedingte Streuung aufweisenden Punktes aus einer punktförmigen Lichtquelle mit Hilfe lichtdurchlässiger Linsen oder reflektierender Spiegel eine Verbreiterung des Abbildes als Folge einer der Beugung unterworfenen konvergierenden sphärischen Wellenfront. Diese zu einem Airy-Muster führende Erscheinung ist- beispielsweise im Abschnitt 11-8 des W^erkes »Geometrical and Physical Optics« yon Longhurst, herausgegeben von Longmans, Green and Co., Inc., New York (1957), beschrieben. Durch .Begrenzen des Ausmaßes dieser durch Beugung bedingten Streuung bei jeder Reflexion an den Spiegeln 11 und 12 (F, igl 1) werden am Spiegel 10 kleinere Bildpunkte erzeugt, so daß eine größere Anzahl von Mehrfachreflexionen wirksam verwendet werden kann,, wenn die 'azimutmäßige Versetzung zwischen dem Eingangsspiegel 11 und dem zweiten Spiegel 12 verkleinert wird und wenn in den Abtastungsbereichen mehr; Auflösungselemente (oder Bildpunkte) vorgesehen werden. Diese Wirkung kann erzielt werden, wenn fürfdie Spiegel 11 und 12 sphärische Flächen verwendet werden, bei denen die durch Beugung bedingte Streuung begrenzt ist. .Like in the. known optical technology, with a multiple projection of a point having limited scattering caused by diffraction from a point light source with the aid of translucent lenses or reflecting mirrors, the image is broadened as a result of a converging spherical wavefront subjected to diffraction. This phenomenon leading to an Airy pattern is described, for example, in section 11-8 of the ^work "Geometrical and Physical Optics" by Longhurst, published by Longmans, Green and Co., Inc., New York (1957). By limiting the extent of this diffraction-related scattering for each reflection at mirrors 11 and 12 (F, igl 1), smaller pixels are created at mirror 10 so that a greater number of multiple reflections can be effectively used when the azimuth-based Offset between the input mirror 11 and the second mirror 12 is decreased and if more in the scanning areas; Resolution elements (or pixels) are provided. This effect can be achieved if spherical surfaces are used for the mirrors 11 and 12, in which the scattering caused by diffraction is limited. .

Bei einer aufgebauten"und mit Erfolg benutzten Einrichtung nach der Erfindung wurden eine Quelle monochromatischen !Lichtes mit einer Wellenlänge von 6,328 Ä und ein sphärischer Spiegel mit: einem Durchmesser von ungefähr 10 cm und mit einem Krümmungsradius von ungefähr 40 cm zusammen mit zwei Spiegeln verwendet, von denen jeder einen Durchmesser von ungefähr 3,2 mm aufwies, und in einer Entfernung von axial 3,2 mm vom Krümmungsmittelpunkt beiderseits dieses Punktes angeordnet war. With a built up "and used with success Apparatus according to the invention were a source of monochromatic light with one wavelength of 6.328 Å and a spherical mirror with: a diameter of about 10 cm and with a Radius of curvature of about 40 cm used together with two mirrors, each one one Approximately 3.2 mm in diameter and located 3.2 mm axially from the center of curvature on either side of that point.

Obwohl die Einrichtung nach der Erfindung in bezug auf eine bestimmte Lage der beiden Spiegel 11 und 12 zueinander beschrieben wurde, so kann im Rahmen des Erfindungsgedankens auch jede andere Orientierung gewählt werden. Obwohl ferner die beiden kleinen Spiegel 11 und 12 (F i g. 1) nach der Beschreibung keine besondere Krümmung aufweisen, und obwohl auch ebene reflektierende Flächen verwendet werden können, hat sich die Verwendung von sphärischen reflektierenden Flächen für die Spiegel 11 und 12 als vorteilhaft erwiesen, wobei deren Krümmungsradien im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius des sphärischen Spiegels 10 sind.Although the device according to the invention in relation to a specific position of the two mirrors 11 and 12 have been described with respect to one another, so any other can also be used within the scope of the inventive concept Orientation can be chosen. Furthermore, although the two small mirrors 11 and 12 (FIG. 1) according to the description have no particular curvature, and although flat reflective surfaces are also used The use of spherical reflective surfaces for the mirrors has increased 11 and 12 proved to be advantageous, their radii of curvature substantially equal to the radius of curvature of the spherical mirror 10 are.

In der vorstehenden Beschreibung wurde eine mehrfach reflektierende Einrichtung offenbart, in der die Anzahl der Reflexionen eines Lichtstrahls von der Schräglage oder von der winkelmäßigen Versetzung in einer von zwei zueinander senkrechten Richtungen bestimmt wird, wobei die Schrägstellung in der anderen der beiden zueinander senkrechten Richtungen verändert werden kann, ohne die Bestimmung der Anzahl der Reflexionen zu beeinflussen.In the foregoing description, a multi-reflective device has been disclosed in which the number of reflections of a light beam from the skew or from the angular displacement is determined in one of two mutually perpendicular directions, with the inclination in the other of the two mutually perpendicular directions can be changed without determining the To influence number of reflections.

Obwohl das Fokussierungsmittel 10 nach der Beschreibung aus einem sphärischen konkaven Spiegel besteht, kann offenbar auch eine sphärische Linse verwendet werden, wobei die Spiegel 11 und 12 an einander entsprechenden Punkten beiderseits des Brennpunktes d#r sphärischen Linse angeordnet werden. Obwohl diese zuletzt beschriebene Anordnung der Spiegelanordnung nach der Fig. 1 funktionsmäßig gleichwertig ist, so erfordert sie doch eine längere axiale Abmessung bei einem entsprechend vergrößerten Volumen und ist daher nicht vorzuziehend - Es wurde somit eine uniplanare Lichtsteuereinrichtung offenbart, bei der eine Miödestanzahl optispher Elemente verwendet wird, während andererseits ein Höchstgrad von vielfacher Reflexion und eine Vervielfachung des Abtastwinkels erzielt wird. Da diese vielfache Reflexion mit einer Mindestanzahl optischer Elemente durchgeführt wird, so kann ohne Vermindreung der Abtastgeschwindigkeit ein größerer Bereich von Abtastwinkeln erzielt werden. Es wurde daher eine verbesserte Lichtsteuerungseinrichtung beschrieben. Although the focusing means 10 consists of a spherical concave mirror as described, a spherical lens can evidently also be used, the mirrors 11 and 12 being arranged at mutually corresponding points on either side of the focal point of the spherical lens. Although this last-described arrangement of the mirror arrangement according to FIG. 1 is functionally equivalent, it nevertheless requires a longer axial dimension with a correspondingly increased volume and is therefore not preferable - a uniplanar light control device was thus disclosed in which a minimum number of optical elements are used while, on the other hand, a maximum degree of multiple reflection and a multiplication of the scanning angle is achieved. Since this multiple reflection is carried out with a minimum number of optical elements, a larger range of scanning angles can be achieved without reducing the scanning speed. An improved light control device has therefore been described.

Claims

Patent claims:

is 1. Device for multiplying the observed

. respected angle of incidence of a reflected light beam due to multiple reflection between a spherical optical focusing means and two reflective ones arranged obliquely to one another Areas that interact with the focusing means and one on one of the reflect the light beam falling on both reflective surfaces several times, which means that that the center of curvature of the focusing means is on one of three. axes perpendicular to each other is that each reflective area is much smaller than the area of the focusing means, that the optical axis of symmetry of each of the two reflective surfaces obliquely in one Plane runs in which said first axis and a second of those perpendicular to each other Axes are located that at least one of the two reflective surfaces is about an axis is rotatable, which is parallel to said second axis of the mutually perpendicular axes runs, where the rotation of the surface corresponds to the observed angle, and that the Focusing means is provided with an exit slot known per se, which is in a for first and to the third axis perpendicular plane is located, through which slot a . reflected light beam exits at a multiplied angle.

2. Device according to claim 1, characterized in that the two reflective surfaces in front of the focusing means facing this and close to the first axis of each other perpendicular axes are arranged that each of the two reflective surfaces exclusively at one of two points assigned to one another on either side of the center of curvature of the focusing means is arranged and that at least one of the two reflective Faces is oriented around an axis which is parallel to the second axis, namely by a distance that corresponds to the parallel axis between the two reflective surfaces on the edge of the focusing means in a plane containing the first and third axes, and that at least one of the two reflective surfaces is rotatable about an axis which is perpendicular to the first and second axes, which rotation corresponds to an angle to be multiplied.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized by a source of a bundled monochromatic light beam, which in a

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; multiple reflective optics of the facility is directed, and. characterized in that each of the two reflective surfaces is made so that the scattering caused by diffraction of the reflected beam is limited at the focusing means.

4. Device according to claim 3, characterized in that the light source is oriented and arranged to introduce the light in a plane containing the first axis and perpendicular to the plane containing the exit slot.

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the light source is a has limited diffraction.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each of the two reflective surfaces has a spherical curvature.

7. Device according to claim 6, characterized ge ao indicates that the radius of curvature of each of the two reflecting surfaces substantially equal to the radius of curvature of the focusing means is.

8. Means for multiplying the observed angle of incidence of a reflected light beam by multiple reflection between a spherical optical focusing means and two reflective surfaces arranged obliquely to one another, which are connected to the focusing means cooperate and a light beam falling on one of the two reflecting surfaces Reflect multiple times, characterized in that said two reflective Areas are arranged at two mutually conjugate points so that the to the reflecting surfaces belonging normals at the mentioned points with each other a small Form an angle so that a beam of light shining on a reflective surface emerges before it emerges the device with a constant number between the two reflective surfaces via the focusing means and is reflected multiple times via progressively changing light paths, and that at least one of the reflective surfaces is rotatable about an axis, so that when the reflective surface is rotated over a small angle the exiting light beam is deflected by a much larger angle.

9. Device according to claim 8, characterized in that when the rotatable reflecting surface (11) is rotated about said axis (Y ') its perpendicular rotates in a plane which is perpendicular to the plane in which the perpendicular is grounded the inclination of the two perpendiculars to each other with respect to the perpendicular of the other reflective surface can be regarded as rotated.

1 sheet of drawings