DE19514783A1

DE19514783A1 - Light beam deflection mechanism

Info

Publication number: DE19514783A1
Application number: DE1995114783
Authority: DE
Inventors: Elmar Schulze
Original assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Current assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-10-24

Abstract

The light beam deflection device (2) contains two reflectors (4,5) which are inclined at an angle determined by a control element (6). An incident beam (14) strikes the first reflector at a given angle (16). By multiple reflection, the incident beam angle is deflected by a multiple of the angle between the reflectors (4,5) to produce an output beam (25). The control element (6) is controlled by regulator (26) according to a position signal and a control loop (33-40).

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlablenkelement mit einem ersten Reflektor, der mit einem unter einem Eintritts winkel einfallenden Eintrittsstrahl beaufschlagbar ist, mit einem von dem ersten Reflektor in einem Abstand sowie unter einem Neigungswinkel angeordneten zweiten Reflektor, der mit einem durch den ersten Reflektor rückgeworfenen Reflexionsstrahl beaufschlagbar ist, und mit wenigstens einem Stellelement, mit dem einer der Reflektoren gegenüber dem anderen Reflektor in wenigstens zwei Stellungen ausrichtbar ist.The invention relates to a beam deflecting element with a first reflector, with one under an entry angle of incidence can be applied, with one at a distance from the first reflector as well as the second arranged at an angle of inclination Reflector with one through the first reflector reflected reflection beam is acted upon, and with at least one control element with which one of the Reflectors opposite the other reflector in at least two positions can be aligned.

Ein derartiges Strahlablenkelement ist aus der SU 65 73 87 bekannt. Bei diesem Strahlablenkelement sind als Reflektoren ein Reflexionsspiegel und eine Strahlteiler platte vorgesehen, die mit einem Neigungswinkel von 45 Grad zueinander ausgerichtet sind. Der Reflexionsspiegel ist mit einem Stellelement verkippbar und um eine Achse drehbar.Such a beam deflection element is from SU 65 73 87 known. In this beam deflecting element are as Reflectors a reflection mirror and a beam splitter plate provided with an inclination angle of 45 Degrees are aligned with each other. The reflection mirror can be tilted with an actuator and around an axis rotatable.

Das vorbekannte Strahlablenkelement ist als Abtastein richtung vorgesehen, die von einem Eintrittsstrahl beaufschlagt ist. Der Eintrittsstrahl tritt durch die Strahlteilerplatte unter einem Winkel von im wesent lichen 45 Grad durch und beaufschlagt den gegenüber der Strahlteilerplatte ausrichtbaren Reflexionsspiegel. Das von dem Reflexionsspiegel auf die Strahlteilerplatte rückgeworfenen Licht wird von dieser auf einen Detektor abgelenkt.The known beam deflection element is a scanning stone direction provided by an entry beam is acted upon. The entry beam passes through the Beam splitter plate at an angle of essentially 45 degrees and applies the opposite of the Beam splitter plate adjustable reflecting mirror. The from the reflection mirror to the beam splitter plate reflected light is transmitted from this to a detector distracted.

Bei dem vorbekannten Strahlablenkelement ist zwar durch die überlagerte Schwing- und Drehbewegung des Re flexionsspiegels sowie durch die zweite Reflexion an der Strahlteilerplatte eine Verdoppelung des Sichtbereiches sowie ein geometrisch komplexer Verlauf der Abtastbahn im Raum erzielbar, allerdings ist der erzielte Abtast winkel für eine Reihe von Anwendungen unzureichend sowie die Einstellgeschwindigkeit zu gering. Überdies ergibt sich bei Durchtritt des Eintrittsstrahls und Reflexion des von dem Reflexionsspiegel auf die Strahlteilerplatte gelenkten Strahles ein Verlust von drei Vierteln der Eingangsintensität.In the known beam deflection element is indeed the superimposed oscillating and rotating movement of the Re flexion mirror and the second reflection on the Beam splitter plate doubles the field of view and a geometrically complex course of the scanning path achievable in space, however, the scanning achieved angles insufficient for a number of applications as well the setting speed is too slow. Moreover, results itself when passing through the entrance beam and reflecting of the reflection mirror on the beam splitter plate directed beam a loss of three quarters of the Input intensity.

Weiterhin sind als Strahlablenkelemente für große Ab lenkwinkel sogenannte Galvanometerscanner bekannt, die jedoch technisch äußerst aufwendig und in der Ablenk geschwindigkeit beschränkt sind.Furthermore, as beam deflection elements for large ab Steering angle known as a galvanometer scanner however technically extremely complex and in the distraction speed are limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahl ablenkelement der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der bei hoher Lichtausbeute eine schnelle Ablenkung über einen großen Bereich erzielbar ist.The invention has for its object a beam to create deflecting element of the type mentioned at the outset, with which a quick distraction with high light output can be achieved over a wide range.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand, der Neigungswinkel und der Eintrittswinkel so eingerichtet sind, daß wenigstens an einem der Re flektoren wenigstens zwei Reflexionen auftreten.This object is achieved in that the distance, the angle of inclination and the angle of entry are set up so that at least one of the Re at least two reflections occur.

Durch die mehrfachen Reflexionen ist zum einen auch bei sehr geringen Neigungswinkeln eine sich multiplikativ mit der Anzahl der Mehrfachreflexionen verändernde Ablenkung des Eintrittsstrahles erreicht, andererseits sind auch hohe Ablenkgeschwindigkeiten erzielbar, da der Neigungswinkel der Reflektoren zueinander für große Ablenkwinkel lediglich um einen geringen Wert zu ändern ist. Due to the multiple reflections, on the one hand, very small angles of inclination are multiplicative changing with the number of multiple reflections Deflection of the entrance beam reached, on the other hand high deflection speeds can also be achieved since the Angle of inclination of the reflectors to each other for large Deflection angle only to change a small value is.

In bevorzugten Ausgestaltungen sind als Reflektoren hochreflektierende Planspiegel vorgesehen, die mit kleinen Neigungswinkeln dicht beieinander angeordnet sind, so daß auch bei verhältnismäßig großen Eintritts winkeln wenigstens vier Reflexionen bis zum Austritt aus dem Strahlablenkelement auftreten. Dadurch ist selbst bei kleinen, schnell auszuführenden Änderungen des Neigungswinkels eine große Änderung der Ablenkung er zielt.In preferred configurations are as reflectors highly reflective plane mirrors provided with small angles of inclination arranged close together are, so that even with relatively large entry angle at least four reflections to the exit the beam deflecting element occur. This is itself for small, quick changes to the Angle of inclination he a large change in the deflection aims.

Zweckmäßigerweise ist das Stellelement durch eine Regel elektronik angesteuert, mit der zum einen über einen Positionsdetektor die exakte Ausrichtung des von dem Stellelement bewegbaren Reflektors meßbar ist und zum anderen unter Korrektur von Nichtlinearitäten des Stell elementes mit einem externen Ansteuersignal eine de finierte Ablenkung einstellbar ist.The control element is expediently based on a rule electronics controlled, on the one hand via a Position detector the exact orientation of that of the Actuator movable reflector is measurable and others correcting non-linearities of the position element with an external control signal a de Defined distraction is adjustable.

In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sind als Stellelemente aus piezokeramischen Lamellen aufgebaute Bimorphelemente, über einen kleinen Bereich drehbare Galvanoablenkelemente oder von einem Piezostellelement oder einem Elektromagneten bewegte Blattfedern vorge sehen.In preferred embodiments of the invention are as Control elements made of piezoceramic slats Bimorph elements, rotatable over a small area Galvano deflection elements or from a piezo actuator or an electromagnet moved leaf springs see.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:Further expedient configurations and advantages of Invention are the subject of the dependent claims and the following description of configurations of Invention with reference to the figures of the drawing. It demonstrate:

Fig. 1 eine Strahlablenkeinrichtung mit einem durch eine Ausrichteinheit ansteuerbaren Strahlablenk element mit einem fest angeordneten und einem ausrichtbaren Reflektor, Fig. 1, a beam deflection device with a controllable by an alignment beam deflection element with a fixed and an orientable reflector,

Fig. 2 ein Strahlablenkelement mit zwei durch jeweils ein Stellelement ausrichtbaren Reflektoren, Fig. 2 shows a beam deflector with two in each case by an adjusting element orientable reflectors,

Fig. 3 ein Strahlablenkelement mit einem als drehbare Topfspule ausgebildeten Stellelement, Fig. 3 is a beam deflecting element having formed as a rotatable pot coil actuator,

Fig. 4 ein Strahlablenkelement mit einem über ein Piezoelement verfügenden Stellelement, Fig. 4 is a beam deflector with a disposing of a piezoelectric element actuator,

Fig. 5 ein Strahlablenkelement mit einem einen Elektro magneten aufweisenden Stellelement und Fig. 5 is a beam deflecting element with an actuator having an electric magnet and

Fig. 6 eine Anordnung von zwei Strahlablenkelementen zum Ablenken eines Strahles in zwei rechtwinklig zueinander ausgerichteten Richtungen. Fig. 6 shows an arrangement of two Strahlablenkelementen for deflecting a beam in two orthogonal directions aligned.

Fig. 1 zeigt eine Strahlablenkeinrichtung 1 mit einem Bimorphstrahlablenkelement 2, das über einen an einem Festspiegelhalter 3 angebrachten Festspiegel 4 sowie einen gegenüber dem Festspiegel 4 ausrichtbaren Kipp spiegel 5 als Reflektoren verfügt. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spiegel 4, 5 hochreflektierende Planspiegel. Fig. 1 shows a beam deflection device 1 with a Bimorphstrahlablenkelement 2, a mounted on a fixed mirror holder 3 fixed mirror 4, and a relative to the fixed mirror 4 orientable tilt mirror 5 has as reflectors. In the embodiment shown in FIG. 1, the mirrors 4 , 5 are highly reflecting plane mirrors.

Der Kippspiegel 5 ist an einem Bimorphstellelement 6 angebracht, das über zwei aneinandergefügten piezo keramischen Lamellen 7, 8 mit gleichsinniger Polari sierung verfügt. An den Außenflächen der Lamellen 7, 8 sind jeweils eine Außenelektrode 9, 10 aufgebracht. Zwischen die aufeinander zuweisenden Innenseiten der Lamellen 7, 8 ist eine Mittelelektrode 11 eingebracht. Die Außenelektroden 9, 10 sind elektrisch miteinander verbunden. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an einen Ansteueranschluß 12, an den die Mittelelektrode 11 sowie die miteinander verbundenen Außenelektroden 9, 10 angeschlossen sind, ergibt sich in Abhängigkeit der An steuerspannung eine Durchbiegung der Lamellen 7, 8 und damit eine kontinuierlich veränderbare Ausrichtung des Kippspiegels 5 gegenüber dem Festspiegel 4. Im spannungsfreien Zustand sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Spiegel 4, 5 parallel zueinander ausge richtet. In einer Abwandlung sind im spannungsfreien Zustand die Spiegel 4, 5 gegeneinander geneigt.The tilting mirror 5 is attached to a bimorph control element 6 , which has two pieced ceramic ceramic lamellae 7 , 8 with polarization in the same direction. An outer electrode 9 , 10 is applied to each of the outer surfaces of the fins 7 , 8 . A center electrode 11 is inserted between the mutually facing inner sides of the fins 7 , 8 . The outer electrodes 9 , 10 are electrically connected to one another. When an electrical voltage is applied to a control connection 12 , to which the center electrode 11 and the interconnected external electrodes 9 , 10 are connected, depending on the control voltage, there is a deflection of the fins 7 , 8 and thus a continuously variable orientation of the tilting mirror 5 relative to one another the fixed mirror 4 . In the voltage-free state, the mirrors 4 , 5 are aligned parallel to one another in the exemplary embodiment according to FIG. 1. In a modification, the mirrors 4 , 5 are inclined towards one another in the voltage-free state.

Bei Beaufschlagen des Bimorphstrahlablenkelementes 6 mit einem unter einem Einfallswinkel 13 in bezug auf den Festspiegelhalter 3 einfallenden Eintrittsstrahl 14, der beispielsweise gemäß Fig. 1 unter einem gegen eine Flächennormale 15 des Kippspiegels 5 gemessenen Ein trittswinkel 16 auf den Kippspiegel 5 fällt, ist der Eintrittsstrahl 14 als erster Reflexionsstrahl 17 in Richtung des fest angeordnete Festspiegels 4 reflek tiert. Der erste Reflexionsstrahl 17 trifft unter einem gegen eine Flächennormale 18 des Festspiegels 4 abge tragenen ersten Reflexionswinkel 19 auf den Festspiegel 4 auf, der gegenüber dem Eintrittswinkel 16 um einen dem Zwischenwinkel der Flächennormalen 15, 18 entsprechenden Wert verändert ist.When the bimorph beam deflecting element 6 is acted upon with an entry beam 14 incident at an angle of incidence 13 with respect to the fixed mirror holder 3 , which, for example according to FIG. 1, falls at an angle of incidence 16 measured against a surface normal 15 of the tilting mirror 5 onto the tilting mirror 5 , the entry beam 14 as the first reflection beam 17 in the direction of the fixed mirror 4 reflec tiert. The first reflection beam 17 strikes against a surface normal 18 of the fixed mirror 4 abge worn first reflection angle 19 on the fixed mirror 4 , which is changed from the entrance angle 16 by a value corresponding to the intermediate angle of the surface normals 15 , 18 .

Entsprechend verändern sich die Reflexionswinkel 20, 21 zu nachfolgenden Reflexionsstrahlen 22, 23, so daß der gegen den Festspiegelhalter 3 gemessene Austrittswinkel 24 eines Austrittsstrahles 25 gegenüber dem Einfalls winkel 13 multiplikativ verändert ist.Correspondingly, the reflection angles 20 , 21 change to subsequent reflection beams 22 , 23 , so that the exit angle 24 of an exit beam 25 measured against the fixed mirror holder 3 is changed multiplicatively with respect to the angle of incidence 13 .

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausrichtung des Kipp spiegels 5 gegenüber dem Festspiegel 4 ergibt sich aufgrund des in Strahlrichtung sich vergrößernden Ab standes zwischen den Spiegeln 4, 5 gegenüber der Strahl richtung des Eintrittsstrahles 14 eine Ablenkung des Austrittsstrahles 25 in Strahlrichtung nach links. Eine Verringerung des Abstandes zwischen den Spiegeln 4, 5 in Strahlrichtung führt gegenüber der Strahlrichtung des Eintrittsstrahles 14 zu einer Ablenkung des Austritts strahles 25 in Strahlrichtung nach rechts.In the embodiment shown in FIG. 1 orientation of the tilting mirror 5 relative to the fixed mirror 4, stands results due to the in the beam direction enlarging from between the mirrors 4, 5 relative to the beam 14 25 direction of the entrance beam deflection of the exposure beam in the beam direction to the left. A reduction in the distance between the mirrors 4 , 5 in the beam direction leads to a deflection of the exit beam 25 in the beam direction to the right relative to the beam direction of the entry beam 14 .

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel weisen die Spiegel 4, 5 einen verhältnismäßig geringen Abstand auf, so daß beispielsweise 10 bis 20 Reflexionen zwischen den Spiegeln 4, 5 auftreten. Dieses modifizierte Aus führungsbeispiel zeichnet sich durch eine besonders hohe Änderung des Austrittswinkels 24 selbst bei einer sehr geringen Verkippung des Kippspiegels 5 gegenüber dem Festspiegel 4 aus.In a modified exemplary embodiment, the mirrors 4 , 5 are at a relatively small distance, so that, for example, 10 to 20 reflections occur between the mirrors 4 , 5 . This modified exemplary embodiment is characterized by a particularly high change in the exit angle 24 even with a very slight tilting of the tilting mirror 5 relative to the fixed mirror 4 .

Durch die Mehrfachreflexion des Eintrittsstrahles 14 zwischen den in einem Abstand voneinander geneigt an geordneten Spiegel 4, 5 ergibt sich somit eine ver hältnismäßig große Ablenkung des Austrittsstrahles 25 gegenüber dem Eintrittsstrahl 14 auch bei einer gegen über einer parallelen Anordnung der Spiegel 4, 5 nur gering geänderten Ausrichtung des Kippspiegels 5 zu dem Festspiegel 4.Due to the multiple reflection of the entry beam 14 between the inclined at a distance from one another on ordered mirrors 4 , 5 , there is thus a relatively large deflection of the exit beam 25 with respect to the entry beam 14 even with a little change compared to a parallel arrangement of the mirrors 4 , 5 Alignment of the tilting mirror 5 with the fixed mirror 4 .

Die Strahlablenkeinrichtung 1 weist eine Ausrichtregel einheit 26 auf, die über einen Positionsdetektor 27 zum Messen der Ausrichtung des Kippspiegels 5 verfügt. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Positionsdetektor 27 als ein Kondensator ausgebildet, bei dem zwischen zwei Kondensatorplatten 28, 29 eine an der Lamelle 8 des Bimorphstellelementes 6 angebrachte Glimmerplatte 30 als Dielektrikum verschiebbar ist. Die Kondensatorplatten 28, 29 sind an einer gegenüber dem Festspiegel 4 unbeweglichen Kondensatorhalteplatte 31 befestigt. The beam deflection device 1 has an alignment control unit 26 , which has a position detector 27 for measuring the alignment of the tilting mirror 5 . In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the position detector 27 is designed as a capacitor in which a mica plate 30 attached to the lamella 8 of the bimorph adjusting element 6 can be displaced as a dielectric between two capacitor plates 28 , 29 . The capacitor plates 28 , 29 are attached to a capacitor holding plate 31 which is immovable relative to the fixed mirror 4 .

Die Kondensatorplatten 28, 29 sind über einen Meßan schluß 32 als Kapazität an einen Meßschwingkreis 33 angeschlossen. Bei Verschieben der Glimmerplatte 30 zwischen den Kondensatorplatten 28, 29 verändert sich die Resonanzfrequenz des Meßschwingkreises 33, die als Meßwert über einen Analog/Digitalwandler 34 einem Meß wertetabellenspeicher 35 einspeisbar ist. Mit dem Meß wertetabellenspeicher 35 sind die eingespeisten ge wandelten Frequenzwerte des Meßschwingkreises 33 in die Stellung des Bimorphstellelementes 6 umrechenbar.The capacitor plates 28 , 29 are connected via a Meßan circuit 32 as a capacitor to a resonant circuit 33 . When moving the mica plate 30 between the capacitor plates 28 , 29 , the resonance frequency of the measuring resonant circuit 33 changes , which can be fed as a measured value via an analog / digital converter 34 to a measured value table memory 35 . With the measurement value table memory 35 , the fed ge converted frequency values of the resonant circuit 33 can be converted into the position of the bimorph control element 6 .

Das Ausgangssignal des Meßwertetabellenspeichers 35 ist einer Steuervorrichtung 36 zuführbar, der über einen Steueranschluß 37 ein Eingabesignal zum Ausrichten des Kippspiegels 5 einspeisbar ist. Das in Abhängigkeit der aktuellen Stellung des Bimorphstellelementes 6 gebildete Ausgangssignal der Steuervorrichtung 36 ist einem An steuerwertetabellenspeicher 38 zugeführt.The output signal of the measured value table memory 35 can be fed to a control device 36 , which can be fed with an input signal for aligning the tilting mirror 5 via a control connection 37 . The output signal of the control device 36 formed as a function of the current position of the bimorph control element 6 is supplied to a control value table memory 38 .

Mit dem Ansteuerwertetabellenspeicher 38 ist das Aus gangssignal der Steuervorrichtung 36 in ein Nicht linearitäten des Bimorphstellelementes 6 korrigierendes Ansteuersignal umwandelbar, das einem Digital/Analog wandler 39 eingespeist ist. Das Ausgangssignal des Digital/Analogwandlers 39 ist einem Endverstärker 40 zuführbar, der über den Ansteueranschluß 12 die Lamellen 7, 8 mit einer Spannung zum Ausrichten des Kippspiegels 5 in die dem in die Steuervorrichtung 36 eingespeisten Eingabesignal entsprechende Stellung beaufschlagt.With the control value table memory 38 , the output signal from the control device 36 can be converted into a non-linearity of the bimorph control element 6 , which is a control signal which is fed to a digital / analog converter 39 . The output signal of the digital / analog converter 39 can be fed to a power amplifier 40 which, via the control connection 12, supplies the slats 7 , 8 with a voltage for aligning the tilting mirror 5 into the position corresponding to the input signal fed into the control device 36 .

Fig. 2 zeigt ein Doppelbimorphstrahlablenkelement 40, das über zwei gegensinnig ausgerichtete und angesteuerte Bimorphstellelemente 6 verfügt. Die Kondensatorhalte platten 31 der Bimorphstellelemente 6 sind über Ab standsstücke 41 mit einer Lamellenhalterung 42 des jeweils anderen Bimorphstellelementes 6 verbunden. Bei der gegensinnigen Ansteuerung der Bimorphstellelemente 6 bewegen sich die Kippspiegel 5 entweder aufeinander zu oder voneinander weg, so daß gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Bimorphstrahlablenkelement 2 eine Ver doppelung des Ablenkwinkels bei gleicher Auslenkung der Lamellen 7, 8 beider Bimorphstellelemente 6 beispiels weise durch eine in Fig. 2 nicht dargestellte Regel elektronik erzielt ist. FIG. 2 shows a double bimorph beam deflection element 40 which has two bimorph actuating elements 6 which are aligned and controlled in opposite directions. The capacitor holding plates 31 of the bimorph actuating elements 6 are connected via spacers 41 with a lamella holder 42 of the other bimorph actuating element 6 . In the opposite control of the bimorph actuating elements 6 , the tilting mirrors 5 either move towards or away from each other, so that, compared to the bimorph beam deflecting element 2 shown in FIG. 1, a doubling of the deflection angle with the same deflection of the slats 7 , 8 of both bimorph actuating elements 6, for example, by electronics not shown in Fig. 2 is achieved.

Fig. 3 zeigt ein Galvanometerstrahlablenkelement 43 mit einem an einem Festspiegelhalter 44 angebrachten Fest spiegel 45 und einem achsnah an einer Drehachse 46 einer Galvanometertopfspule 47 angebrachten Drehspiegel 48. Die Galvanometertopfspule 47 ist über einen Ansteuer anschluß 49 zur kontinuierlichen Ausrichtung des Dreh spiegels 48 gegenüber dem Festspiegel 45 wie beispiels weise durch eine in Fig. 2 nicht dargestellte Regel elektronik ansteuerbar, wobei über einen Meßanschluß 50 mit einem an sich bekannten Positionsdetektor die Stellung der Drehachse 46 meßbar ist. Fig. 3 shows a Galvanometerstrahlablenkelement 43 having mounted on a fixed mirror holder 44 fixed mirror 45 and a close to the axis attached to an axis of rotation 46 of a rotating mirror 48 Galvanometertopfspule 47. The galvanometer pot coil 47 can be controlled via a control connection 49 for the continuous alignment of the rotating mirror 48 with respect to the fixed mirror 45, for example by means of a rule (not shown in FIG. 2), with the position of the axis of rotation being controlled by a measuring connection 50 with a position detector known per se 46 is measurable.

Das in Fig. 3 dargestellte Galvanometerstrahlablenk element 43 zeichnet sich aufgrund der achsnahen An ordnung des Drehspiegels 48 durch eine geringe Trägheit aus und ist insbesondere in Anwendungen geeignet, bei denen eine schnelle periodische Ablenkung des Austritts strahles 25 gegenüber dem Eintrittsstrahl 14 über einen großen Bereich gefordert ist.The galvanometer beam deflection element 43 shown in FIG. 3 is characterized by a low inertia due to the arrangement close to the axis of the rotating mirror 48 and is particularly suitable in applications in which a rapid periodic deflection of the exit beam 25 relative to the entry beam 14 is required over a large range is.

Fig. 4 zeigt ein Piezostrahlablenkelement 51 mit einem an einem Festspiegelhalter 52 angebrachten Festspiegel 53 sowie einem gegenüber dem Festspiegel 53 ausricht baren, an einer Blattfeder 54 angebrachten Kippspiegel 55 in einer parallelen Ausrichtung. Das Piezostrahl ablenkelement 51 verfügt über ein aus blockartigen Piezokeramiken aufgebautes Piezostellelement 56, das über einen Piezostellelementhalter 57 und ein Distanz stück 58 mit dem Festspiegelhalter 52 mechanisch ver bunden ist. Die in das Distanzstück 58 eingespannte Blattfeder 54 ist gegen das Piezostellelement 56 vor gespannt und liegt mit einer zwischengefügten Gleit platte 59 an einem mit dem Piezostellelement 56 ver schiebbaren Stößel 60 an. Fig. 4 shows a piezo beam deflecting element 51 with a fixed mirror 53 attached to a fixed mirror holder 52 and an alignable relative to the fixed mirror 53 , attached to a leaf spring 54 tilt mirror 55 in a parallel orientation. The piezo beam deflection element 51 has a piezoceramic element 56 constructed from block-like piezoceramics, which is mechanically connected to the fixed mirror holder 52 via a piezostel element holder 57 and a spacer 58 . The clamped in the spacer 58 leaf spring 54 is biased against the piezo actuator 56 and is located with an interposed slide plate 59 on a slide 60 ver with the piezo actuator 56 on.

Bei Beaufschlagen des Piezostellelementes 56 mit einer über einen Ansteueranschluß 61 einspeisbaren Spannung ist der Kippspiegel 55 gegenüber dem Festspiegel 53 beispielsweise mit einer in Fig. 4 nicht dargestellten Regelelektronik ausrichtbar, so daß ein einfallender Eintrittsstrahl 14 auch bei einem verhältnismäßig ge ringen Hub des Piezostellelementes 56 als mehrfach an dem Festspiegel 53 und dem Kippspiegel 55 reflektierter Austrittsstrahl 25 über einen großen Bereich ablenkbar ist.When the piezo actuating element 56 is acted upon with a voltage that can be fed in via a control connection 61 , the tilting mirror 55 can be aligned with respect to the fixed mirror 53, for example with control electronics (not shown in FIG. 4), so that an incident entry beam 14 also with a relatively small stroke of the piezo actuating element 56 as Exit beam 25 reflected several times at the fixed mirror 53 and the tilting mirror 55 can be deflected over a large area.

Als Positionsdetektor 62 sind gemäß dem in Fig. 4 darge stellten Ausführungsbeispiel zwei Kondensatorplatten 63, 64 vorgesehen, von denen eine an der Blattfeder 54 und die andere über ein Verbindungsstück 65 elektrisch isoliert an dem Festspiegelhalter 52 angebracht ist. Die Kapazität des Positionsdetektors 62 ist über Meßan schlüsse 66 bestimmbar und zum Messen der Ausrichtung des Kippspiegels 55 gegenüber dem Festspiegel 53 durch die Regelelektronik auswertbar.As a position detector 62 two capacitor plates 63 , 64 are provided according to the embodiment shown in FIG. 4 Darge, one of which is attached to the leaf spring 54 and the other via a connector 65 electrically insulated on the fixed mirror holder 52 . The capacity of the position detector 62 can be determined via measuring connections 66 and can be evaluated by the control electronics for measuring the orientation of the tilting mirror 55 relative to the fixed mirror 53 .

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch einen robusten Aufbau aus, bei dem in ein facher Weise durch Austausch des Piezostellelementes 56 unterschiedliche Ablenkcharakteristiken wie Feinheiten der kontinuierlichen Ablenkung und Ablenkbereich zur Verfügung gestellt werden können.The exemplary embodiment shown in FIG. 4 is characterized by a robust construction, in which different deflection characteristics such as subtleties of the continuous deflection and deflection area can be provided in a simple manner by exchanging the piezo setting element 56 .

Fig. 5 zeigt ein Magnetstrahlablenkelement 67 mit einem der Ausgestaltung des in Fig. 4 dargestellten Piezo strahlablenkelementes 51 weitgehend entsprechenden Aufbau, bei dem jedoch eine in Ruhestellung plane Blatt feder 68 sowie ein der Blattfeder 68 gegenüberliegend angeordneter Elektromagnet 69 vorgesehen ist. Der Elektromagnet 69 weist eine um ein Joch 70 gewickelte und über einen Ansteueranschluß 71 ansteuerbare Magnet spule 72 auf. Das Joch 70 ist mit seinen Polschuhen 73 in Richtung einer an der Blattfeder 68 befestigten ferroelektrischen Gegenplatte 74 ausgerichtet. In der in Fig. 5 dargestellten Ruhestellung des Magnetstrahlab lenkelementes 67 ist der Kippspiegel 55 parallel zu dem Festspiegel 53 ausgerichtet, wobei der Elektromagnet 69 nicht angesteuert ist. Fig. 5 shows a magnetic beam deflecting element 67 with a structure largely corresponding to the configuration of the piezo beam deflecting element 51 shown in FIG. 4, but in which a flat leaf spring 68 in the rest position and an electromagnet 69 arranged opposite the leaf spring 68 are provided. The electromagnet 69 has a coil 72 wound around a yoke 70 and can be controlled via a control connection 71 . The yoke 70 is aligned with its pole pieces 73 in the direction of a ferroelectric counterplate 74 fastened to the leaf spring 68 . In the rest position of the magnetic beam steering element 67 shown in FIG. 5, the tilting mirror 55 is aligned parallel to the fixed mirror 53 , the electromagnet 69 not being activated.

Bei Ansteuern des Elektromagnetes 69 beispielsweise durch eine in Fig. 5 nicht dargestellte Regelelektronik ist die Blattfeder 68 durch die auf die Gegenplatte 74 ausgeübten magnetischen Kräfte in Richtung des Joches 70 bewegt, so daß der Austrittsstrahl 25 gegenüber dem Eintrittsstrahl 14 winklig abgelenkt ist.When the electromagnet 69 is actuated, for example by control electronics (not shown in FIG. 5), the leaf spring 68 is moved in the direction of the yoke 70 by the magnetic forces exerted on the counter plate 74 , so that the exit jet 25 is deflected at an angle with respect to the entry jet 14 .

Das in Fig. 5 dargestellte Magnetstrahlablenkelement 67 ist zweckmäßigerweise derart betrieben, daß die auf die Gegenplatte 74 ausgeübten magnetischen Kräfte so groß sind, daß die Gegenplatte 74 an den Polschuhen 73 des Joches 70 anliegt, so daß neben der in Fig. 5 Ruhe stellung mit einem seitlichen Versatz des Austritts strahles 25 gegenüber dem Eintrittsstrahl 14 eine einzige, meßtechnisch einfach zu erfassende Ablenk stellung ansteuerbar ist. The Magnetstrahlablenkelement 67 shown in Fig. 5 is suitably operated such that the force exerted on the counter plate 74 magnetic forces are so large that the counter-plate 74 abuts the pole pieces 73 of the yoke 70 so that in addition to the in Fig. 5 rest position with a lateral offset of the exit beam 25 with respect to the entry beam 14, a single, measurement-technically easy to detect deflection position can be controlled.

Fig. 6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Anordnung von einem Horizontalstrahlablenkelement 75 und einem Vertikalstrahlablenkelement 76, die beispielsweise entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Bimorphstrahl ablenkelement 2 ausgeführt sind. Das Horizontalstrahl ablenkelement 75 ist so angeordnet, daß ein beispiels weise durch einen Laser 77 emittierter Eintrittsstrahl 14 in horizontaler Richtung ablenkbar ist. Der Aus trittsstrahl 78 des Horizontalstrahlablenkelementes 75 beaufschlagt als Eintrittsstrahl 79 das Vertikalstrahl ablenkelement 76, das zum Erzeugen einer Ablenkung des Austrittsstrahles 25 in vertikaler Richtung ausgerichtet ist. Mit der in Fig. 6 dargestellten Anordnung von zwei Strahlablenkelementen 75, 76 ist somit ein zweidimen sionaler Schirm 80 über seine gesamte Fläche mit dem Ausgangsstrahl des Lasers 77 beaufschlagbar. FIG. 6 shows a perspective illustration of an arrangement of a horizontal beam deflection element 75 and a vertical beam deflection element 76 , which are designed, for example, in accordance with the bimorph beam deflection element 2 shown in FIG. 1. The horizontal beam deflecting element 75 is arranged such that an entry beam 14 emitted by a laser 77, for example, can be deflected in the horizontal direction. From the exit beam 78 of the horizontal beam deflection element 75 acts as an entry beam 79, the vertical beam deflection element 76 , which is oriented to generate a deflection of the exit beam 25 in the vertical direction. With the arrangement of two beam deflection elements 75 , 76 shown in FIG. 6, a two-dimensional screen 80 can thus be acted upon with the output beam of the laser 77 over its entire surface.

Claims

1.beam deflecting element with a first reflector which can be acted upon by an entry beam incident at an entry angle, with a second reflector which is arranged at a distance from the first reflector and at an angle of inclination and which can be acted upon by a reflection beam which is reflected by the first reflector, and with at least one adjusting element with which one of the reflectors can be aligned in at least two positions relative to the other reflector, characterized in that the distance, the angle of inclination and the entry angle are set up in such a way that at least one of the reflectors ( 4 , 5 ; 45 , 48 ; 53 , 55 ) at least two reflections occur.

2. Beam deflecting element according to claim 1, characterized in that the reflectors ( 4 , 5 ; 45 , 48 ; 53 , 55 ) in one position of the actuating element ( 6 ; 47 ; 54 , 56 ; 68 , 69 ) can be aligned parallel to one another.

3. Beam deflecting element according to claim 1 or 2, characterized in that the reflector ( 5 ; 48 , 55 ) which can be aligned with the adjusting element ( 6 ; 47 ; 54 , 56 ) can be continuously aligned relative to the other reflector ( 4 , 45 , 53 ) .

4. beam deflecting element according to claim 1 or 2, characterized in that the with the adjusting element ( 68 , 69 ) alignable reflector ( 55 ) relative to the other reflector ( 53 ) either in a the entry beam ( 14 ) minimally deflecting position or in one of the Entry beam ( 14 ) can be aligned at most from the steering position.

5. Beam deflecting element according to one of claims 1 to 4, characterized in that two adjusting elements ( 6 ) are provided with which two reflectors ( 5 ) can be aligned in opposite directions.

6. beam deflection element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the actuating element ( 6 ; 47 ; 54 , 56 ; 68 , 69 ) can be controlled by an alignment control unit ( 26 ) via a position detector ( 27 , 62 ) Measurement of the alignment of the reflector ( 5 , 48 , 55 ) which can be aligned with the adjusting element ( 6 ; 47 ; 54 , 56 ; 68 , 69 ).

7. beam deflection element according to claim 6, characterized in that the alignment control unit ( 26 ) has a detection correction device ( 33 , 34 , 35 ) with which non-linearities of the position detector ( 27 , 62 ) can be corrected.

8. beam deflection element according to claim 6 or 7, characterized in that the alignment control unit ( 26 ) from an external in a control device ( 36 , 38 , 39 , 40 ) feedable input signal for actuating the actuating element ( 6 ; 47 ; 54 , 56 ; 68 , 69 ) can be controlled.

9. beam deflecting element according to claim 8, characterized in that with the control device ( 36 , 38 , 39 , 40 ) the control signal in an actuating element ( 6 ; 47 ; 54 , 56 ; 68 , 69 ) acting alignment signal is convertible.

10. beam deflection element according to claim 9, characterized in that the control device has a device ( 38 ) for correcting non-linearities of the actuating element ( 6 ; 47 ; 54 , 56 ; 68 , 69 ).

11. Beam deflection element according to one of claims 8 to 10, characterized in that the Ansteuervor direction ( 36 , 38 , 39 , 40 ) of output signals of the detector correction device ( 33 , 34 , 35 ) can be beaten.