DE1589909A1 - Lichtablenkvorrichtung - Google Patents

Description

PatsntDnwSlte

Dipl.-!--. "..P^ctzu. δι-12.9ό7Ρ(ΐ2.968Η) 21.11.1967

Dipl.-Inn. umpredit

München 22, Stelnsdorfetr. 10 . 1589909

HITACHI, LTD., T ο Jc i ο (Japan)

Lichtablenkvorrichtunp·

Die Erf indunp· bezieht sich auf eine Lichtablenkvc rrichtuni? reit einem beweglichen Reflexionsspiegel.

In neuerer Zeit werden mit der Entwicklung von LASER (Lichtverstärkung durch angeregte Strahlunp-samission) die Anwendung und weiteren Entwicklungen dieser Lichtart modem. Zum Beispiel umfassen die Anwendungen Laser-Fernsehaufnahme, Laser-Fernsehempfang, Laser-Facsimile, Laser-Radar u.drl.

Unter den fcep-enwärtipc bei diesen EntwicklunRen vordringlichen Problemen befindet sich das eines Verfahrens zur Steuerung der Ablenkung von Licht.

foan war bisher der Auffassung, daß ein Verfahren zur Ablenkung von Licht mit einem vibrierenden oder rotierenden Spiegel im Falle einer Hochflreschwindigkeitsablenkung nicht anwendbar wäre, doch mit dem Aufkommen von Laeerlieht, welche» gut gebündelt, sehr fein ist und gut gerichtet ist und

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einen Intensiven Lichtstrahl aufweist, wird ein ziemlich kleiner Spiegel verwendbar und die genannte Methode praktisch anwendbar.

Herkömmliche Verfahren zur Lientablenkung mit einem Reflexionsspiegel machen von einer einzigen Ablenkung mit einem rotierenden oder vibrierenden, regelmäßigen prismatischen oder ebenen Reflexionsspiegel zur Lichtablenkung Gebrauch. Mit anderen Worten, das Refiexlonsgesebz, wonach "Lichteinfall auf einem Reflexionsspiegel unter einem Winkel θ unter dem deichen Winkel Θ¹* abgelenkt wird, wird ausgenutzt, und der Einfallwinkel Θ und dementsprechend der Reflexionswinkel θ wird durch Rotleren oder Vibrieren eines regelmäßig prismatischen oder ebenen Reflexionsspiegels variiert, während die Richtung des einfallenden Lichtes feststeht, und so wird das reflektierte Licht abgelenkt. Bei diesem Verfahren müssen indessen, wenn der Ablenkwinkel und die Ablenkrinc&eschwlndlgkelt des Lichtes zu vergrößern sind, die Rotations- oder Vibrationsgeschwindifkeit und der Winkel des Reflexionssplegeis verp-rHßert werden, und daher kennen der Reflexionsspiegel oder das Trägerelement des Spiegels und seine Lager beschädigt werden.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lichtablenkvorrichtung zu schaffen, bei welcher der Ablenkwinkel und die Ablenkringgeschwindigkelt des Lichts ohne Be-

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Schädigung eines Reflexionsspiegels oder eines TrÄp-ereleeentes des Reflexionespiegels und seiner Lager verprftßert werden kennen.

In Lflsunn dieser Aufgabe weist die Llchtablenkvorrlchtung «it eine» beweglichen Beflexlonssplegel erflndungseemaP folgende Hfrtawile auf« Einen festen Reflexionsspiegel mit einer «b*n«m Reflexionsflftche, einen beweglichen Reflexionsspiegel «it *ind#st«ie einer ebenen ReflexionsflKche, der i* Betrieb γ·1·Μυ zu de* festen Spiegel beweglich ist, so da 9 die bzw. •In« «b·»· 8«fUxionefl*oh· perlodlsoh der ebenen Beflexlonsd·· festen Spiegels geitentlbergeatellt wird und der

Wink·! cwlaohen ihnen wechselt, und Kittel eur «Inas «bctilenkend·» Lichtstrahls cwisehen dew festen und den beweglichen Spieicel derart, daß der Lichtstrahl Mindestens rwelaal von der ebenen Reflex!onsflache des bewagllohan Spiagels und mindesten· ein«al von der ebenen RsfltTionsfläch« des festen Bpiegels reflektiert wird.

Andere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben eich auf der ine einzelne gehenden Beschreibung 1« Zusaauwmhang mit den in der Zeichnung veranschaulichten Ausführune«- beispiel. Es zeigen:

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BADORIGiNAl.

Fig. le. bis lc ein AusfUhrunp-ebeisplel der Erfindung» und zwar Pia;, la als Perspektivaneicht, Flg. Ib als Aneicht und Fig. Ic als Seltenansicht;

Fl?. 2 eine auseinandergezogene Tel!darstellung des Ausführungsbelspieles gemäß Fig. Ib.

Wie in den Fig. la bis ic gezeigt ist, setzt sich eine Lichtablenkvorrichtung gemäß der Erfindung z.B. aus einem drehbaren, regelmäßig prismatischen Reflexionsspiegel 1, einem festen, ebenen Reflexionsspiegel 3, der so angeordnet ist, daß seine Reflexionsfläche parallel zu einer Rotationsachse 2 steht, die in der Mitte des regelmäßig prismatischen Reflexionsspiegel s 1 vorgesehen 1st, und einer Lichtquelle k zusammen, die in der Ebene der Rotationsachse 2 des regulär prismatischen Reflexionsspiegels 1 und senkrecht zu dem ebenen Reflexionsspiegel 3 liegt. Licht 5 von der Lichtauelle k strömt entlang der senkrecht auf dem ebenen Reflexionsspiegel 3 stehenden Fläche zu dem regelmäßig prismatischen Reflexionsspiegel 1 unter einem bezüglich der Rotationsachse etwas geneigten Winkel cL wie in den Fir. Ib und Ic gezeigt ist. Es ist in diesem Zusammenhang am wichtigsten, daS man das Licht 5 von einer der Reflexionsflächen des regelmäßig prismatischen Spiegels 1 mindestens zweimal und von der Reflexionsfläche des ebenen Reflexionsspiegels 3 wenigstens einmal ablenken läßt, indem die Hohe h des ebenen Reflexionsspiegeis 3» der Winkel oC des Lichtes

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bezüglich der Rotationsachse 2 und der Abstand d zwischen dem regelmäßig prismatischen Spiegel 1 und des fest«» ebenen Reflexionsspiegel 3 passend gewählt werden.

In der Vorrichtung genäßt der Erfindung, dl· in dieser Weise zusammengesetzt 1st, wird das Licht 5 von der Lichtquelle *t zwischen dem regelmäßig prismatischen Spiegel 1 und dem ebenen Spiegel 3 mehrmals abgelenkt, und wenn das Licht aufhört, den ebenen Spiegel 3 oder den regelmäßig prismatischen Spiegel 1, wie In PIp-. 1 ο dargestellt ist, zu treffen, verläßt es die Vorrichtung. Das Licht 6, welches durch die Vorrichtung reflektiert wurde, wird in einer Richtung entsprechend des Pfeil 7 in Fl*. la oder Ib abgelenkt, da der repela&ei* prismatische Spiegel in der Richtung de« Pfeils 8 rotiert· Der Grund dafür ergibt sioh aus der folgenden Beschreibung Im Zusammenhang mit Fl» · 2.

Venn das Licht, welches der senkrecht sum ebenen Spiegel 3 stehenden Fläche unter dem Winkel OC- ent^angstr^mt (τοη oberhalb auf die Zeichnuno in Fig. 2 kommendes Licht) und zwischen dem regelmäßig prismatischen Reflexionsspiegel 1 und dem ebenen Reflexionsspiegel 3 eingeführt und von einer der Reflexionsflächen des regelmäßig prismatischen Spiegels 1 reflektiert wird, wird der Reflexionswinkel O^ (der Reflexionswinkel für eine einzelne Reflexion) gleich dem Winkel ©_r, der durch den ebenen Spiegel 3 und die genannte Reflexionsfläche des re/relmäßig prismatischen Spiegels 1 gebildet wird. Das reflektierte

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BADORIGfNAi:

Lioht wird wieder von der Reflexionefläche des ebenen Spiegele reflektiert, und diesmal wird der Reflexionswinkel ©₂ ßleich 2Θ . Das Lioht wird weiter von der renannten Reflexionsfläche des regelmäßig prismatischen Spiegels 1 zum dritten Mal reflektiert, und der Reflexionswinkel Θ« wird 3Θ_Γ, und ein Winkel θ ' der mit den Licht entsteht, wird 4θ_Γ· Wenn man den Reflexionswinkel bei der N-ten Reflexion mit e„ bezeichnet, wird der Winkel &_N, ΝΘ_Γ, und wenn ein Winkel β^¹ mit dem Licht 5 der Ablenkungswinkel genannt wird, 1st der Ablenkungswinkel (N + i) • θ_ρ, falls N eine ungerade Zahl, und M©_r, falls N eine gerade Zahl 1st. Dementsprechend wird, wenn der ebene Reflexionsspiegel 3 feststeht und der Winkel &_r zwischen dem ebenen Spiegel 3 und dem regelmäßig prismatischen Spiegel 1 durch Drehung des letzteren geändert wird und wenn weiter das Licht 5 mehrmals zwischen dem regelmäßig prismatischen Spiegel % und dem. ebenen Spiegel 3 zur Reflexion gebracht wird, so daß N]>2 1st, der Ablenkwinkel des Lichtes ein ganzzahliges Vielfaches des Winkels, den man mit einer einzigen Ablenkung mittels eines herkömmlichen Vlbrations- oder Rotatlonsreflexionsspiegels erhält und daher kennen der Ablenkwinkel und die Ablenkkreisp-eschwlndlgkelt ohne Erhöhung der Rotations- oder Vibrationsgeschwindigkeit des Reflexionsspiegels erhöht werden. Bs ergibt sich ohne weiteres, d&B das gleiche Argument auch gilt, wenn das Lioht 5 In einer Ebene strömt, die von der zum ebenen Reflexionsspiegel 3 senkrechten Ebene verschieden 1st.

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lta Licht τοπ 2 mm Durch««seer abzulenken, nuß, wenn der Winkel oC/ bezüglich der Rotationsachse 2 ^5° ist, dl« Bähe h des ebenen Reflexionsspiegel 3 Mindestens 2,83 hub, der Abstand d zwischen dem regelmäßig prismatischen Reflexionsspiegel 1 und dem festen ebenen Spiegel 3 »indes ten β 1,1*2 nun und die Läng· des rep-elmäBi« prismatischen Spiegels 1 in einer Richtung der Rotationsachse 2 mindestens 5»^6 ma betragen·

Bei solch einer Vorrichtung wird Licht von 2 ma Durchmesser zweimal von einer Reflexionsflache des drehbaren regelmäßig prismatischen Spierele 1 und einmal von der Reflexionsfläche des ebenen Reflexionsspiegels 3 reflektiert. Dabei wird der Bereich des Maximumwinkels der Ablenkung durch die Zahl der Reflexionsflächen des regelmäßig prismatischen Reflexionsspiegel 1 bestimmt. Zum Beispiel 1st der Naxinalwlnkel wenn der Spiegel ein regelmäßig hexagonales Prisma ist, 96°» wenn der Spiegel ein regelmäßiges Fünfzehnflächenprisea ist, etwa 68,6° _Ψ wenn der Spiegel ein regelmäßles Einundzwanzigflächenprisma ist, und il8°, wenn der Spiegel ein regelmäßies Drei«?igfläehenprlsma 1st. Wie aus der vorhergehenden Beschreibung klar wird, kann der Bereich des Ablenkwinkels erhöht werden. Indem die Zahl von Reflexionen unter geeigneter Auswahl des Winkels oO zwischen dem Licht und der Rotationsachse, der Höhe h des ebenen Reflexionsspiegels und des Abstandes d zwischen dem regelmäßig prismatischen Reflexionsspiegel

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und dea ebenen Beflexlonesplegel erhöht wird· Darttberhlnaus 1st es offenbar, daß «loh die Ablenkrinegeschwindipkeit alt der Zahl der Reflexionsflächen des repelattßlg prismatischen Spiegels und seiner Rotatlonegeschwlndigkelt ändert«

Die Erfindung kann auf verschiedene Einrichtungen angewendet werden, bei denen eine Lichtabtastung erforderlich ist· Zum Beispiel 1st die Erfindung Eieelich wirkungsvoll, wenn sie auf eine Ablenkabtasteinrichtung von Laserlicht in •Inen Laser-Fernsehgerät angewendet wird, welches Bilder Mittels Laserlicht und herkoaalicher Pernseheinrichtun^en auf einen groSen Sohira projiziert.

Solch eine Abtasteinrichtung erfordert z.B. 819 Abtasteelchen, etwa 30 Bilder pro Sekunde, eine große Ablenkung usw., wenn die Qualität des Fernsehbildes verbessert werden soll, Daher wird die BferlzontalabLenkung zleallch schwierig und kann alt herk?Sm*llohen Einrichtungen kaua verwirklicht werden.

Wenn «an indessen die vorliegende Erfindung anwendet, kann dieser ProzeS leicht alt einer vertretbaren mechanischen Einrichtung verwirklicht werden. Und zwar kann eine Horizontalablenkung, verwirklicht werden« wenn ein drehbares re/relattßiges FrIsxaa alt 21 Hefleiioneflochen und ein fester ebener Reflexionsspiegel eo angeordnet werden, wie in den Fig. 1 bis Ic dargestellt 1st, und wenn das Prisaa alt einer Ge-

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sehwindiekeit tog 70.200 U/ββο. gedreht wird. Dabei 1st es klar, daS das abzulenkende Laserlioht von oberhalb de· ebenen Spiegele J auf die Rotation eaohie 2 In der Anordnung nach Pier, la gerlohtet wird« vie oben beschrieben let.

Eine größere Zahl von Reflexionen zwischen de« prisnatleohen Spiegel und dec. ebenen Spiegel let la Prinslp vorzuziehen, doch andererseits ist eine geringere Zahl Ton Reflexionen wünschenswert, un einen Reflexlooe-Llchtverluet zu verhindern. Welter muß, da die Abtastung kontinuierlich durchzuführen 1st, die Heflexlonezahl konstant sein«

Wie vorstehend im einseinen besehrieben wurde, aaoht die Erfindung von der Tatsache Gebrauch, dafi der. Reflexionswinkel zwischen zwei reflektierenden Spiegeln, die einen . bestimmten Winkel bilden, alt der /leflexionazahl zwischen diesen beiden Spiegeln anstellt «Hl daQ der Reflexionewinkel dem Winkel proportional let, der von den beiden Spiegeln gebildet wird« Obwohl die Elnrlchttmg «eattö der Erfindung einen einfachen Aufbau hat, worin ein fester ebener Spiegel und ein drehbarer, regelmäßig prisaatlseher Spiegel oder ein Spiegel, der geeignet 1st, alt hoher Geschwindigkeit zu vibriere», einander gegenübergestellt werden, hat sie die rom industriellen Standpunkt aus genannten bemerkenswerten Eigenschaften, daß sich so die erforderliche Hochgeschwindigkeit seapf lndllchkelt leicht evr ibt, der Ablenkwinkel αχο% let usw.

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Claims (4)

1. - 10 -Patentansprüche

   rIJ Lichtablenkvorrichtung mit einem beweglichen Reflexionsspiegel, gekennzeichnet durch einen festen Reflexionsspiegel (3) mit einer ebenen Reflexionsfläche, einen beweglichen Reflexionsspiegel (1) mit mindestens einer ebenen Reflexionefläche, der im Betrieb relativ zu dem festen Spiegel beweglich 1st, so das die bzw. eine ebene Reflexionsfläche perlodlsch der ebenen Reflexionsfläche des festen Spiegele ffepenübergestellt wird, und der gegenseitige Winkel (Θ_Γ) zwischen ihnen wechselt, und Kittel (4) zur Einführung eines abzulenkenden Lichtstrahles (5) zwischen dem festen und dem beweglichen Spiegel derart, daß der Lichtstrahl mindestens zweimal von der ebenen Reflexionefläche des beweglichen Spiegels.und mindestens einmal von der ebenen Reflexionsfläche des festen Spiegele reflektiert wird·
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Reflexionsspiegel (1) drehbar ist·
3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Reflexionsspiegel vibrierend bewert wird·
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daft der drehbar bewegliche Reflexionsspiegel (1) prismatisch mit einer Mehrzahl von ebenen Reflexionsflächen

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   - ti -

   ausgebildet 1st, die während der Rotation des drehbaren Spiegele nacheinander der ebenen Reflexionsfläche des festen Spiegels (3) gegenübergestellt Herden, und die Mittel (Λ) zur Einführung eines abzulenkenden Lichtstrahles (5/ zwischen der ebenen Reflexionefläche des festen Spiegels und einer der ebenen Reflexionsflföehen des drehbaren Spießols, die der ersteren s-ep-enübersteht, dienen,

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