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Einrichtung zur Ablenkung eines Aufzeichnungs-oder Lesestrahls Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit umlaufenden Spiegelflächen, die
Teile einer Pyramide bilden, zur Ablenkung eines Aufzeichnungs- oder Lesestrahls
zum Zwecke des Durchlaufens paralleler Spuren quer zu einer streifenförmigen Zone
eines Aufzeichnungsträgers.
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Es ist bekannt, einen nach Maßgabe aufzuzeichnender Größen, insbesondere
Binärdaten, modulierten Strahl, z.B. Laserstrahl, oder einen durch solche Aufzeichnungen
zu modulierenden Lesestrahl auf eine umlaufende Spiegelpyramide zu richten, um in
gleicher Richtung periodisch wiederkehrende Strahlbewegungen so zu erhalten, daß
der Strahllandepunkt auf einem in Längsrichtung bewegten streifenförmigen Aufzeichnungsträger
quer zu diesem untereinander parallele
Spuren überstreicht. Dabei
ist es weiter bekannt, eine vielfach erwünschte Fokussierung des Strahles auf den
Aufzeichnungsträger durch Fokussiermittel vorzunehmen, die entweder bereits vor
dem Auftreffen des Strahls auf die Spiegelpyramide wirksam werden, oder aber den
an dieser reflektierten Strahl fokussieren, im zweiten Fall wird eine Mehrzahl auf
einem Rotor zugleich mit der Spiegelpyramide umlaufender Fokussiersysteme verwendet,
die jeweils mit dem reflektierten Strahl mitlaufen.
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Bei einer Anordnung der Fokussierungsmittel im Strahlengang vor der
umlaufenden Spiegelpyramide, wie sie bei der Einrichtung nach der deutschen Offenlegungsschrift
1 930 664 vorgesehen ist, ergeben sich Schwierigkeiten insbesondere baulicher Art,
wenn im Interesse sehr scharfer Aufzeichnung bzw. hoher Auflösung beim Lesen mit
großer Apertur, oder wenn mit geringer Brennweite wie bei einem Mikroskopobjektiv
gearbeitet werden soll. Bei einer Einrichtung nach der deutschen Offenlegungsschrift
2 022 265 werden Fokussierungslinsen in der bereits angegebenen Art in dem an einer
Spiegelpyramide bereits reflektierten Strahl wirksam. Bei dieser Einrichtung, wie
auch z.B. einer in der USA-Patentschrift 3 316 348 beschriebenen Einrichtung, soll
der in Richtung der Pyramidenachse auf die zu ihr um etwa 450 geneigten Pyramidenflächen
auftreffende Strahl durch diese Flächen in eine Ebene abgelenkt werden, die zu der
Pyramidenachse senkrecht steht. Es treten bei dieser Strahlführung
jedoch,
was besonders für die Verwendung eines feinen energiereichen Strahles nachteilig
ist, je nach dem Auftreffpunkt Verschiebungen des reflektierten Strahles auf, die
umso größer werden, je weiter der Auftreffpunkt von der Pyramidenspitze entfernt
ist. Andererseits aber wäre für eine kurze "Rücksprungzeit" eines solchen Strahls
(Durchlaufzeit einer Pyramidenkante) eine möglichst große Umfangsgeschwindigkeit
der Kante am Strahlauftreffpunkt anzustreben. Dieses Problem tritt zwar nicht auf,
wenn ein Strahl so großen Querschnitts verwendet wird, daß die von mehreren Pyramidenflächen
gleichzeitig reflektierten Strahlen sich überlappen, jedoch wird dann die Strahlintensität,
weil jeweils nur ein Bruchteil auf die jeweils aktive Fokussierlinse fällt, nur
im Rahmen dieses Bruchteils ausgenutzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesondere die vorgenannten Nachteile
der bekannten Einrichtungen zu vermeiden gestattet.
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Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art gekennzeichnet
durch solche Neigung der umlaufenden Spiegelflächen gegenüber dem einfallenden Strahl,
daß der reflektierte Strahl mit großer Annäherung einen Teil einer Fläche eines
Kreiskegels überstreicht, dessen Achse durch
den Reflexionspunkt
auf dem umlaufenden Spiegel geht, oder nach weiterer Reflexion an einem ortsfesten
Spiegel oder mehreren solcher mit der Spiegel-Umlaufachse zusammenfällt.
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Dabei ist vorgesehen, daß die umlaufenden Spiegelflächen nur wenig
gegenüber einer zur Umlaufachse senkrechten Ebene geneigt sind.
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Vorzugsweise ist ein um die Kegelachse umlaufender Rotor vorgesehen
mit Fokussiersystemen, die jeweils einer der Spiegelflächen zur Fokussierung des
von dieser kommenden Strahls zugeordnet sind.
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Dabei kann weiter vorgesehen werden, daß der Rotor weitere Ablenkmittel
enthält, die den Strahl in einer Stufe in größere Entfernung von der Rotorachse
bringen und/oder ihn in die Richtung der Rotorachse ablenken.
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Der Strahlengang in der Einrichtung kann so gestaltet werden, daß
die Kegelachse parallel zu der Achse eines die umlaufenden Spiegel tragenden Rotors
liegt, aber auch so, daß die Kegelachse mit der Achse eines die umlaufenden Spiegel
tragenden Rotors einen Winkel bildet.
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Es ist aber auch die besonders zweckmäßige Ausbildung der Einrichtung
möglich, bei der der die Fokussiersvsteme
tragende Rotor zugleich
die umlaufenden~ Spiegelflächen trägt, wobei insbesondere ein im wesentlichen scheibenförmiger
Rotor vorgesehen werden kann, der die umlaufenden Spiegelflächen und die Fokussiersysteme
zueinander konzentrisch trägt.
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Es können aber auch gleichachsig mit axialem Abstand umlaufende Rotoren
oder Rotorteile vorgesehen werden, deren einer die umlaufenden Spiegelflächen und
deren anderer die Fokussiersysteme trägt, mit einem dazwischenliegenden ortsfesten
Spiegelsystem.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine Einrichtung mit einem Spiegelrotor
und einem Fokussierrotor, wobei die beiden Rotoren auf verschiedenen Achsen laufen,
die Figuren 3 bis 5 zeigen jeweils einen Rotor, der sowohl die Spiegel als auch
die Fokussiersysteme trägt, Figur 6 zeigt eine Einrichtung, bei der ein die Spiegel
tragender Rotorteil und ein die Fokussiersysteme tragender Rotorteil in Achsrichtung
gegeneinander versetzt sind, die Figuren 7 und 8 zeigen eine einem Fokussiersystem
zugeordnete Einrichtung zur Radiusvergrößerung und zur Endausrichtung des Strahls.
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In Figur 1 ist Ra ein scheibenförmiger Rotor, der um eine Achse a
rotiert. Gleich lange, aneinander anstoßende Abschnitte eines äußeren kreisringförmigen
Bereichs des Rotors sind jeweils mit einer Planspiegelfläche S belegt, die gegenüber
der normalen Ebene der Achse a nur wenig, beispiesweise um etwa 20, geneigt ist
. Die Planspiegel 5 können geschliffene Facetten eines zusammenhängenden ringförmigen
Spiegelkörpers sein, sie werden nachfolgend als Facetten bezeichnet. Sie liegen
auf den Flächen einer Pyramide, die allerdings nur eine sehr geringe Höhe hat.
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Ein in Pfeilrichtung von unten kommender Strahl, z.B.
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Laserstrahl, wird über einen ortsfesten 450-Spiegel 1 in eine zur
Achse a parallele Strahlrichtung b gelenkt, so, daß er in dieser Richtung als einfallender
Strahl e auf die Facetten S trifft. Der reflektierte Strahl r erfährt dann beim
Umlauf des Rotors Ra in jeweils gleicher Richtung Auslenkungen um einen bestimmten
Winkel, wobei er sich jeweils mit großer Annäherung auf einem Teil des Mantels eines
Kreiskegels bewegt, der seine Spitze in dem Reflektionspunkt auf der Facette hat.
b ist die Achse dieses Kreiskegels.
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Je größer der Winkel zwischen der Facette S und der Normalen-ebene
der Achse a ist, um so größer wird der Öffnungswinkel des genannten Kreiskegels,
um so größer
werden aber auch die Abweichungen des reflektierten
Strahls r von dem Kreiskegelmantel während seiner Bewegung. Deshalb ist die Neigung
der Facetten gegenüber der Normalen ebene der Achse a klein gehalten.
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Ein weiterer Rotor Rb rotiert um die Achse b, welche zugleich die
Achse des genannten Kreiskegels ist0 Der Rotor Rb trägt, in gleicher Anzahl wie
die Facetten S, , Fokussier systeme F, die in der Zeichnung jeweils durch eine Linse
dargestellt sind, in solchem Abstand von der Achse b, daß der von einer Facette
S reflektierte Strahl r auf ein Fokussiersystem F trifft und mit diesen bei gleicher
Winkelgeschwindigkeit der Rotoren Ra und Rb - mstläuftO Der Brennpunkt des in der
Zeichnung oberen Fokussiersystems F liegt auf der Oberfläche eines Aufzeichnungsbandes
B9 welches sich in Längsrichtung, z.B. in Richtung des ein gezeichneten Pfeiles,
bewegt. Während des Durchlaufs einer Facette S durchläuft also der Landepunkt des
Strahls r auf dem Band B eine kreisbogenförmige Spur quer zu dem Band.
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Die nachfolgende Facette wird nach einer Rücksprungzeitv die durch
die Durchlaufzeit der Kante zwischen zwei Facetten gegeben ist, in gleicher Weise
wirksam, wobei der Strahllandepunkt sich, da das Band B sich inzwischen weiterer
zur wegt hat, auf einer/zuerst genannten Spur parallelen Spur bewegt.
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Bei geringer Neigung der Facetten S gegenüber der Normalenebene der
Achse a, etwa wie weiter oben angegeben, sind die Abweichungen des Strahls r von
dem Kreiskegelmantel gering, sie liegen beispielsweise bei einem Laufradius von
90 mm der Fokussiersysteme F und einem Abstand von 50 cm dieses Systems von den
Facetten S in der Größenordnung von Zehntel mm.
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Bei Verwendung eines genügend feinen energiereichen Strahls kann der
die Fokussiersysteme tragende Rotor Rb, nachfolgend kurz Fokussierrotor genannt,
auch ganz weggelassen werden, bei evtl. geringeren Anforderungen an die Innehaltung
der Kreiskegelbahn.
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Während der Öffnungswinkel des genannten Kreiskegels im wesentlichen
von der Neigung der Facetten S gegenüber der Normalen-ebene der Achse abhängt, ist
die Richtung der Kreiskegelachse von dem Einfallswinkel des Strahls e auf die Facette
S abhängig. In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem der
um die Achse a umlaufende Spiegelrotor Ra dem der Figur 1 entspricht, der Strahl
e jedoch in einem anderen Winkel auf die Facetten S trifft, was eine Richtung der
Kegelachse b zur Folge hat, die mit der Richtung der Achse a einen Winkel bildet,
wie aus der Zeichnung ersichtlich. Der Fokussierrotor Rb ist daher so gelegt, daß
er um diese Achse b umläuft.
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Es ist jedoch auch möglich, den Spiegelrotor und den Fokussierrotor
um eine gemeinsame Achse rotieren zu lassen und dabei insbesondere einen im wesentlichen
scheibenförmigen Rotor zu verwenden, der sowohl den Facetten-Spiegelring als auch
die Fokussiersysteme konzentrisch zueinander trägt. Ein Ausführungsbespiel dieser
Art ist in Figur 3 dargestellt. Hier läuft ein scheibenförmiger Rotor Rab um eine
Achse a, der wieder einen Außenring mit den Facetten S trägt. Innerhalb dieses Ringes
und konzentrisch zu ihm sind die Fokussiersysteme F angeordnet.
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Der einfallende Strahl e wird an den Facetten S so reflektiert, daß
der reflektierte Strahl r zunächst auf einen ortsfesten Spiegel 1 trifft, welcher
so liegt, daß der hinter dem Spiegel liegende, als virtueller Punkt dem Reflektionspunkt
an der Facette S entsprechende Punkt auf der Achse a liegt und die Achse b des Kreisketelmantels,
auf dem der von dem Spiegel 1 reflektierte Strahl rß sich bewegt, mit der Achse
a zusammenfällt. Das A#ufzeichnungsband B ist dann an der den Facetten 5 abgewandten
Seite des Rotors Rab angeordnet.
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Bei Anwendung des Erfindungsprinzips ist es auch möglich, den Strahl
schon vor dem Auftreffen auf die Facetten S konvergent zu machen, wie dies aus Figur
4 ersichtlich ist, bei der wiederum ein um die Achse a, b umlaufender Rotor Rab
wie bei Figur 3 vorgesehen ist. Der konvergierende
über die Facetten
S und den ortsfesten Spiegel 1 geführte Strahl hat hier in dem vom Spiegel 1 kommenden
Abschnitt r' einen Brennpunkt F1, von dem aus er wieder divergierend auf das Fokussiersystem
F tritt, welches den Brennpunkt F1 in einem auf dem Band B liegenden Brennpunkt
F2 abbildet.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem scheibenförmigen, den Facetten-Spiegelring
und die Fokussiersysteme konzentrisch tragenden Rotor Rab ist in Figur 5 dargestellt.
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Hier ist die Neigung der Facetten S gegenüber der Normalenebene zur
Achse a, b hinsichtlich dieser Normalen ebene spiegelbildlich zu den bisher beschriebenen
Ausführungsbeispielen, so daß die äußeren Normalen der Facetten S in Richtung auf
die Achse a, b verlaufen. Der einfallende Strahl e wird durch die Facette S als
reflektierter Strahl r auf einen ortsfesten Spiegel 1 gelenkt, der ihn wieder als
reflektierten Strahl r' auf ein Fokussiersystem F richtet, Zum Unterschied von den
Ausführungsformen nach Figur 3 und 4 ist dies nicht ein Fokussiersystem, das auf
demselben Radius liegt wie die Facette S, sondern ein diamitral gegenüberliegendes.
Auch hier muß natürlich die Forderung erfüllt sein, daß die Spitze des Kegelmantels,
auf dem der Strahl r' sich bewegt, auf der Achse a, b liegt.
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Es wäre auch denkbar, bei Einrichtungen wie nach den Figuren 3 bis
5 die Facetten S auf dem gemeinsamen Rotor nach innen und die Fokussiersysteme F
nach außen zu verlegen. Jedoch ist es im allgemeinen zweckmäßig, den Radius des
Facetten-Spiegelrings möglichst groß zu machen, weil dadurch die Durchlaufgeschwindigkeit
der Kanten zwischen den einzelnen Facetten größer und die Rücksprungzeit, nach der
das Durchlaufen einer neuen Spur stattfindet, kleiner wird.
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In Figur 6 ist eine weitere mögliche Ausführungsform der Einrichtung
dargestellt. Hier ist auf einer um die Achse a, b rotierenden Nabe N ein scheibenförmiter
Rotorteil Raimontiert, der die Facetten S trägt, mit Abstand davon ist am anderen
Ende der Nabe N ein ebenfalls scheibenförmiger Rotorteil Rb'montiert, der die Fokussiersysteme
F trägt. Der einfallende Strahl e fällt zunächst wie bei Figur 1 auf einen ortsfesten
Spiegel 1, der ihn in Richtung der Umlaufachse a, b auf die Facetten S ablenkt,
der von den Facetten reflektierte Strahl r trifft auf einen zweiten ortsfesten Spiegel
2, von diesem wird er als reflektierter Strahl r' auf einen weiteren ortsfesten
Spiegel 3 reflektiert, der den Strahl seinerseits als Strahl r" auf eines der umlaufenden
Fokussiersysteme richtet. Hinter diesem befindet sich dann das Aufzeichnungsband.B.Auch
mit diesem Spiegelsystem kann erreicht werden, daß der Kreiskegelmantel, auf
dem
der Strahl r sich bewegt, in einem Kreiskegelmantel reproduziert wird, auf dem der
Strahl r" sich bewegt und dessen Achse mit der Drehachse der Nabe N zusammenfällt.
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Wie bereits erwähnt, vergrößern sich die Abweichungen des von einer
Facette S reflektierten Strahls r von einem Kreiskegelmantel mit größerem Öffnungswinkel
des Kegels, weshalb die Neigung der Facetten S klein gehalten ist.
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Es kann erwünscht sein, den Radius der vom Strahliandepunkt überstrichenen
Spuren größer zu machen als er durch den Verlauf des Kreiskegelmantels gegeben ist,
wenn man die Entfernung von der Kegelspitze nicht zu groß machen will.
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Es kann daher zweckmäßig sein, vor dem Fokussiersystem eine Ablenkeinrichtung
vorzusehen, die den Radius stufenartig vergrößert. Eine solche Einrichtung ist in
Figur 7 dargestellt. Nach dieser liegen vor jedem umlaufenden Fokussiersystem F
(nur eines ist dargestellt) zwei mit umlaufende Planspiegel 4 und 5. Der erste Spiegel
4 lenkt den von einer Facette oder von einem Zwischenspiegel kommenden Strahl in
eine zur Umlaufachse etwa Senkrechte Richtung ab, und zwar nach außen von der nicht
dargestellten Umlaufachse weg. Der Strahl trifft dann auf den zweiten Spiegel 5,
welcher ihn in einer zu der Ebene des Aufzeichnungsbandes senkrechten Richtung auf
das Fokussiersystem F richtet. Insbesondere bei Verwendung eines Fokussiersystems
kurzer Brennweite und damit großer Apertur,
z.B. eines Nikroskopobjektivs,
ist es günstig, wenn die Achse dieses Systems und der Strahl selbst senkrecht auf
die Aufzeigungsfläche ausgerichtet sind.
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Wenn nur diese Ausrichtung, nicht aber eine Radiusvergrößerung durchzuführen
ist, kann auch eine Einrichtung nach Figur 8 mit jeweils einem mitrotierenden Keilprisma
6 vorgesehen werden, das den Strahl vor dem Fokussiersystem abknickt und dadurch
in die zur Aufzeichnungsfläche senkrechte Richtung bringt.
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Die Vorteile der beschriebenen Einrichtungen liegen in erster Linie
darin, daß eine gute Kreisbogen-Genauigkeit der Bahn des Strahllandepunktes erhalten
werden kann bei großem Abstand des Reflexionspunktes an den Pyramiden-Facetten von
der Umlaufachse, welcher kleine Rücksprungzeiten ergibt. Hierdurch wiederum kann
ein Strahl relativ geringen Querschnitts verwendet werden, dessen gesamte Energie
auf dem Aufzeichnungsträger wirksam wird.