DE2312711A1 - INDEPENDENTLY SWIVELING DEFLECTIVE MIRROR AROUND TWO AXES - Google Patents
INDEPENDENTLY SWIVELING DEFLECTIVE MIRROR AROUND TWO AXESInfo
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Description
Um zwei Achsen unabhängig schwenkbarer Ablenkspiegel Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur zeitlich variablen und frei wählbaren Ablenkung elektromagnetischer Strahlen mit Hilfe eines beweglichen Spiegels, wobei die resultierende Abweichung des abgelenkten Strahles von seiner Ruhelage aus der Überlagerung zweier zueinander senkrecht stehender Schwenkbewegungen entsteht.Deflection mirrors pivotable about two axes independently. The invention relates to a device for time-variable and freely selectable deflection of electromagnetic Beams with the help of a movable mirror, the resulting deviation of the deflected beam from its rest position from the superposition of two on each other vertical pivoting movements arise.
FUr die Ablenkung von Lichtstrahlen geringer Intensität und Ausdehnung um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen sind mechanische Ablenkeinheiten mit zwei oder mehreren Spiegeln aus dem US Patent 3 349 174 und dem brit. Patent 1 254 664 bekannt.For the deflection of light rays of low intensity and extent there are mechanical deflection units around two mutually perpendicular axes two or more mirrors in US Patent 3,349,174 and British Patent 1,254 664 known.
Das Ablenkprinzip mittels Piezoelementen und zwei Ablenkungsspiegeln, welches im US Patent 3.349.174 beschrieben ist, hat den wesentlichen Nachteil, daß nur sehr kleine Ablenkwinkel erreichbar sind.The deflection principle using piezo elements and two deflection mirrors, which is described in US Patent 3,349,174, has the major disadvantage that only very small deflection angles can be achieved.
Die Ablenkung elektromagnetischer Strahlung (deren Spektralbereich von Mikrowellen bis ins UV reichen kann) um große Winkbl in Systemen großer Apertur erfordert dagegen große Spiegeldurchmesser; diese wiederum führen bei Zweispiegelanordnungen zu großen Abständen zwischen den Spiegeln und damit zu untragbaren Abmessungen des zweiten Ablenkspiegels.The deflection of electromagnetic radiation (their spectral range from microwaves to UV) to large Winkbl in systems of large aperture however, requires large mirror diameters; these in turn lead to two-mirror arrangements too large distances between the mirrors and thus too unacceptable dimensions of the second deflection mirror.
Dadurch wird die maximal erreichbare Ablenkgeschwindigkeit erheblich herabgesenkt.As a result, the maximum achievable deflection speed becomes considerable lowered.
Die Forderung nach großen Spiegeldurchmessern und möglichst geringen Verlusten tritt besonders bei der Ablenkung von elektromagnetischer Strahlung im nahen und fernen Infrarotbereich bei mittleren Leistungen von einigen Watt zu mehreren Kilowatt auf. So basiert die Realisierung großer Ausgangsleistungen bei Molekularlasern unter anderem auf einer Vergrößerung des aktiven Gasvolumens (siehe brit. Patent 1.289.402, 1.291.200, 1.296.078, weiters M. Foster, Optics + Laser Technology S123, June 72). Daraus resultiert ein Strahldurchmesser mit einer Größe von mehreren Zentimetern. Die Ablenkung des unverminderten Strahlquerschnittes erfordert aber große Spiegelabmessungen, die durch Mehrspiegel- oder Spiegel-Linsen-Kombinationen nur mit schlechtem Erfolg oder aufwendigen Vorrichtungen realisiert werden kann.The requirement for large mirror diameters and the smallest possible Loss occurs particularly when deflecting electromagnetic radiation in the near and far infrared range with average powers from a few watts to several Kilowatts on. This is how the realization of high output powers is based on molecular lasers inter alia on an increase in the active gas volume (see British patent 1.289.402, 1.291.200, 1.296.078, also M. Foster, Optics + Laser Technology S123, June 72). This results in a beam diameter of several centimeters. The deflection of the undiminished beam cross-section, however, requires large mirror dimensions, those with multiple mirrors or mirror-lens combinations only with poor success or complex devices can be realized.
In der brit. Patentschrift 1.254.664 werden komplexe optische Systeme mit Linsen und/oder Spiegeln zur Ermöglichung der Verwendung kleiner Ablenkspiegel beschrieben. Bei diesen Systemen müssen jedoch beachtliche Reflexions- bzw. Absorptionsverluste in Kauf genommen werden. Eine Reduzierung des Strahldurchmessers vor der Ablenkung mittels optischer Systeme ist auch aus mehreren anderen Gründen unwirtschaftlich. Jene Leistung , welche durch Reflexions- bzw. Absorptionsverluste in optischen Systemen in Wärme umgewandelt wird, ist für den Empfänger verloren und erfordert außerdem Kühlvorrichtungen für das optische System. Die nach einer Verkleinerung des Strahldurchmessers auftretenden Leistungsdichten verlangen überdies spezielle optische Materialien.British patent 1,254,664 describes complex optical systems with lenses and / or mirrors to enable the use of small deflecting mirrors described. In these systems, however, there must be considerable reflection or absorption losses be accepted. A reduction in the beam diameter before deflection using optical systems is also uneconomical for several other reasons. That performance, which by reflection or absorption losses in Optical systems converted into heat is lost to the recipient and also requires cooling devices for the optical system. The one after a downsizing The power densities occurring due to the beam diameter also require special ones optical materials.
Ein weiteres Ablenkverfahren stellt die Bewegung der Strahlungsquelle selbst dar. (Siehe österr. Patent 295.000) Der Nachteil dieses Verfahrens ist vor allem die große zu bewegende Masse, die eine niedrigere Arbeitsfrequenz mit sich bringt. Überdies ist dieses Verfahren mit einer starken mechanischen Belastung des als Strahlungsquelle dienenden Gerätes verbunden.Another deflection method is the movement of the radiation source itself. (See Austrian patent 295,000) The disadvantage of this process is before especially the large mass to be moved, which entails a lower working frequency brings. In addition, this process is subject to severe mechanical stress on the connected as a radiation source device.
In vielen Fällen, wie z. B. bei Infrarotdetektoren mit Visiereinrichtungen im sichtbaren Bereich (Bulletin 12-521 von Barnes Engineering, Stamford Connecticut, USA) ist es wünschenswert, zwei oder mehrere Strahlen verschiedener Spektralbereiche gleichzeitig und im gleichen Maße abzulenken (eindimensionale Ablenkung : brit. Patent 1.289.728). Die Verwendung eines einzigen Linsensystems zusammen mit Ablenkspiegeln scheidet hier wegen der Abhängigkeit des Brechungsindex und der Durchlässigkeit von der Wellenlänge aus, es müßten daher getrennte und synchron laufende Ablenkanordnungen verwendet werden.In many cases, such as B. in infrared detectors with sighting devices visible (Bulletin 12-521 from Barnes Engineering, Stamford Connecticut, USA) it is desirable to have two or more beams of different spectral ranges at the same time and to the same extent (one-dimensional distraction: brit. Patent 1,289,728). The use of a single lens system together with deflecting mirrors differs here because of the dependence of the refractive index and the permeability from the wavelength, it would therefore have to be separate and synchronously running deflection arrangements be used.
Eine Anordnung, die diese Nachteile umgeht, also für große Strahldurchmesser, große Ablenkwinkel und große Strahlleistungen geeignet ist, die nor eine reflektierende ebene Oberfläche benötigt, daher für die gleichzeitige Ablenkung von Strahlen verschiedenster Wellenlänge geeignet ist und deren Ablenksysteme völlig voneinander entkoppelt sind, ist Gegenstand dieser Patentschrift.An arrangement that avoids these disadvantages, i.e. for large beam diameters, large deflection angles and large beam powers is suitable, nor a reflective flat surface is required, therefore for the simultaneous deflection of various rays Wavelength is suitable and whose deflection systems are completely decoupled from each other, is the subject of this patent specification.
Die Erfindung betrifft also einen um zwei Achsen unabhängig schwenkbaren Ablenkspiegel, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lage der beiden sich unter 90" schneidenden, vorzugsweise in der Spiegelebene liegenden Bewegungsachsen durch ein zentrales Kugelgelenk (3) und zwei außerhalb dieses Gelenks befindliche Auflager (10,11) bestimmt wird, wobei letztere die Antriebskräfte auf den Spiegel übertragen.The invention thus relates to an independently pivotable about two axes Deflection mirror, which is characterized in that the position of the two is below 90 "intersecting axes of motion, preferably lying in the mirror plane a central ball joint (3) and two outside this joint located Support (10,11) is determined, the latter being the driving forces on the mirror transfer.
Die wesentlichen Merkmale der erfindungegemäßen Ablenkeinrichtung sind: 1. Es findet nur eine ebene reflektierende Fläche Verwendung.The essential features of the deflection device according to the invention are: 1. Only a flat reflective surface is used.
Die Folge ist ein absolutes Minimum an Leistungsverlust und optischem Aufwand. The result is an absolute minimum of loss of performance and visual appearance Expenditure.
2. Es können gleichzeitig und im gleichen Maße Strahlen verschiedenster Wellenlänge abgelenkt werden.2. There can be rays of the most varied at the same time and to the same extent Wavelength be deflected.
3. Da dieser Spiegel, je nach Einfallswinkel,nicht oder nur geringfügig größer sein muß als dem Querschnitt des abzulenkenden Strahles entspricht, ergeben sich kleinstmögliche Massenträgheitsmomente und daraus folgend größtmcgliche Ablenkgeschwindigkeiten.3. Because this mirror, depending on the angle of incidence, not at all or only slightly must be larger than the cross section of the beam to be deflected the smallest possible mass moments of inertia and consequently the greatest possible deflection speeds.
4. In der beschriebenen Konstruktion ist der Antrieb für beide Achsen aufgrund der gewählten Geometrie völlig entkoppelt und daher unabhängig voneinander - einzeln oder gleichzeitig -betätigbar. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion sind Strahlablenkwinkel (gleich dem zweifachen Kippwinkel des Spiegels) in der Größenordnung von + 30° möglich.4. In the construction described, the drive is for both axes completely decoupled due to the chosen geometry and therefore independent of each other - Can be operated individually or simultaneously. In the construction according to the invention are beam deflection angles (equal to twice the tilt angle of the mirror) in the order of magnitude of + 30 ° possible.
5. Da in der Anordnung, die hier beschrieben wird, die Strahlungsquelle stillsteht und nur ein Spiegel bewegt wird, kann diese auch ein gegen mechanische Beanspruchung empfindliches Gerät (z. B. Laser) sein.5. As in the arrangement described here, the radiation source stands still and only one mirror is moved, this can also counteract mechanical Sensitive device (e.g. laser).
6. Bei Anordnungen mit mehreren optischen Elementen ist es erforderlich, daß der eintretende Strahl auf das System justiert sein muß bzw. nur sehr wenig gegenüber diesem verkippt sein darf, um vollständig vom Ablenksystem erfaßt zu werden. Bei der hier beschriebenen Konstruktion ist der Einfallswinkel des Strahles aufgrund der freien Zugänglichkeit des Spiegels von einer Seite in weiten Grenzen variierbar.6. In the case of arrangements with several optical elements, it is necessary to that the incoming beam has to be adjusted to the system or only very little may be tilted with respect to this in order to be completely covered by the deflection system. In the construction described here, the angle of incidence of the beam is due to the free accessibility of the mirror from one side can be varied within wide limits.
7. In Verbindung mit numerischen Steuersystemen, für welche diese Ablenkeinrichtung besonders geeignet erscheint, ist eine programmierbare, reproduzierbare Positionierung des Strahles, der als Werkzeug oder Meßinstrument dienen kann, möglich. Durch Erweiterung der Grundanordnung mit Positionskontrolleinrichtungen ist der Aufbau geschlossener Regelkreise möglich.7. In connection with numerical control systems for which these Deflection device appears particularly suitable is a programmable, reproducible one Positioning of the beam, which can serve as a tool or measuring instrument, is possible. By expanding the basic arrangement with position control devices, the Construction of closed control loops possible.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ablenkeinrichtung wird in Fig. 1 dargestellt: Ein Oberflächenspiegel (1), der mit der Tragkonstruktion (2,7) fest verbunden ist, ist auf drei Punkten aufgehängt, und zwar den beiden Antriebsgelenken (Pos. 10,11 iür die X-Achse und entsprechend iOa,flafür die Y-Achse ) und dem zentralen Kugelgelenk (3). Das Antriebsgelenk besteht aus der Führungshülse (10), die mit der Tragkonstruktion (2,7) fest verbunden ist, und dem darin dreh- und verschiebbaren Gleitstück (11). In dem Gleitstück ist der Antriebszapfen des Exzenters (9) gelagert. Der Exzenter ist auf die Welle des in der Abbildung nicht dargestellten Antriebsmotors aufgesetzt; die Motorlager (8) übernehmen die achsialen und radialen (Reaktionskräite.A preferred embodiment of the deflection device according to the invention is shown in Fig. 1: A surface mirror (1) with the support structure (2,7) is firmly connected, is suspended on three points, namely the two drive joints (Pos. 10, 11 for the X-axis and correspondingly OK, fla for the Y-axis) and the central Ball joint (3). The drive joint consists of the guide sleeve (10) with the supporting structure (2,7) is firmly connected, and the rotatable and displaceable therein Slider (11). The drive pin of the eccentric (9) is mounted in the slider. The eccentric is on the shaft of the drive motor, not shown in the figure put on; the motor bearings (8) take over the axial and radial (reaction forces.
Die günstigste Strahlebene ist mit (12) gekennzeichnet.The most favorable jet level is marked with (12).
Das Antriebsgelenk (10,11) das in der mit X bezeichneten Achse liegt, stellt in Verbindung mit dem zentralen Kugelgelenk, dessen Mittelpunkt im Schnittpunkt der Achsen X,Y und Z liegt, die Lagerung iür den Antrieb iit dem in der Y-Achse liegenden Gelenks dar. Das in der Y-Achse liegende Gelenk ergibt in Verbindung mit dem Kugelgelenk die Lagerung für den Antrieb mit dem X-Gelenk.The drive joint (10, 11) which lies in the axis marked X, represents in connection with the central ball joint, its center point at the intersection of the axes X, Y and Z, the bearing for the drive is in the Y-axis lying joint. The joint lying in the Y-axis results in connection with the ball joint is the bearing for the drive with the X joint.
Die Fig. 2 zeigt das Kugelgelenk(3) im Detail: Das zentrale Kugelgelenk erlaubt die Bewegung im erforderlichen Winkelbereich sowohl um die X -, als auch um die Y-Achse. Die Außenkugel (3a), die mit dem Spiegelträger (2) und dem Spiegel (1) fest verbunden ist, wird über die Innenkugel (4) mit der Feder (6) in die Lagerschale des Lagerbocks (5j gespannt.Fig. 2 shows the ball joint (3) in detail: the central ball joint allows movement in the required angular range both around the X and around the Y axis. The outer ball (3a), the one with the mirror support (2) and the mirror (1) is firmly connected to the feather (6) clamped in the bearing shell of the bearing block (5j.
Dadurch ist das Gelenk spielfrei und in der Lage, Kräfte aus allen Richtungen aufzunehmen.As a result, the joint is backlash-free and able to absorb forces from all Take directions.
Weitere Ausführungsformen der Kraftübertragung sind.in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt: Das Antriebsgelenk in Fig. 3 besteht aus einer mit dem Exzenter (13) fest verbundenen Kugel (14), deren Mittelpunkt in -der Spiegelebene liegt und der zylindrischen Führungshülse (15), welche mit der Tragkonstruktion (2) und dem Spiegel (1) fest verbunden ist. Die drei im Gelenk auftretenden Bewegungen sind im Traggelenk nach Fig. 1 auf zwei Zylinderflächen aufgeteilt.Further embodiments of the power transmission are in Fig. 3 and Fig. 4 shown: The drive joint in Fig. 3 consists of one with the eccentric (13) firmly connected ball (14), the center of which lies in the mirror plane and the cylindrical guide sleeve (15), which with the support structure (2) and the Mirror (1) is firmly connected. The three movements that occur in the joint are divided into two cylinder surfaces in the ball joint according to FIG. 1.
Durch Verwendung einer Kugel als Übertragungselement läßt sich dies umgehen (siehe Fig. 3).This can be achieved by using a ball as a transmission element bypass (see Fig. 3).
In den Antriebsgelenken nach Fig. 1 und Fig. 3 ist eine Kraftübertragung vom Exzenter auf den Spiegel in beide Richtungen um die Ruhelage möglich.In the drive joints according to FIGS. 1 and 3 there is a power transmission from the eccentric to the mirror in both directions around the rest position possible.
In Fig. 4 hingegen ist das Antriebsgelenk nur in einer Richtung fest an den Antrieb gekoppelt; in der zweiten Richtung erfolgt der Kraftschluß für beide Gelenke über je eine Feder (17). Das Antriebsgelenk besteht hier aus einer Rolle (19) mit halbkreisförmigem Außenprofil, welche auf dem Exzenter (18) drehbar gelagert ist und einem mit dem Spiegelträger (2) und dem Spiegel (1) fest verbundenen, in geeigneter Weise ausgenommenen, zylindrischen Rohr (16). Der innere Radius dieses Rohres (dessen Achse in der Spiegelebene liegt) und der Radius des Profilkreises der Rollen sind gleich groß.Diese Form des Antriebs hat gegenüber den Ausführungen nach Fig. 1 und Fig. 3 den Vorteil, daß er . spielfrei ist, jedoch nur für geringere Arbeitsfrequenzen geeignet erscheint.In Fig. 4, however, the drive joint is only fixed in one direction coupled to the drive; in the second direction there is a frictional connection for both Joints via one spring each (17). The drive joint here consists of a roller (19) with a semicircular outer profile, which is rotatably mounted on the eccentric (18) is and one with the mirror support (2) and the mirror (1) firmly connected, in suitably recessed, cylindrical tube (16). The inner radius of this Tube (whose axis lies in the mirror plane) and the radius of the profile circle of the rollers are the same size. Compared to the versions according to Fig. 1 and Fig. 3 has the advantage that he. is backlash-free, but only for smaller ones Working frequencies appear suitable.
Der Antrieb des Spiegels kann für alle Ausfihrungsformen erfolgen z. B.: a) - digital - mit Schrittmotoren (Steppermotoren).The mirror can be driven for all embodiments z. B .: a) - digital - with stepper motors (stepper motors).
Diese Art des Antriebes hat den Vorteil, daß sich z. B. auf elektronischer Basis von der Ansteuerung der Motoren die Position des Strahles ableiten läßt. This type of drive has the advantage that z. B. on electronic Based on the control of the motors, the position of the beam can be derived.
b) - analog - mit z. B. DC-Getriebemotoren. Mit Hilfe von Winkelgebern läßt sich ein Antrieb mit praktisch unbegrenzter Winkelauflösung aufbauen.b) - analog - with z. B. DC gear motors. With the help of angle encoders a drive can be built with practically unlimited angular resolution.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732312711 DE2312711A1 (en) | 1973-03-14 | 1973-03-14 | INDEPENDENTLY SWIVELING DEFLECTIVE MIRROR AROUND TWO AXES |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2312711A1 true DE2312711A1 (en) | 1974-09-26 |
Family
ID=5874750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE19732312711 Pending DE2312711A1 (en) | 1973-03-14 | 1973-03-14 | INDEPENDENTLY SWIVELING DEFLECTIVE MIRROR AROUND TWO AXES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2312711A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2449380A1 (en) * | 1979-02-15 | 1980-09-12 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Vibrating mirror system for high resolution IR camera - comprises optical system controlled by piezoelectric columns in two axes and has secondary mirror moved by lever systems |
| EP0169991A1 (en) * | 1984-06-28 | 1986-02-05 | International Business Machines Corporation | An optical signal recorder employing a transducer having an adjustable dichroic mirror |
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| DE102011087331A1 (en) * | 2011-11-29 | 2013-01-10 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Optical element for optical device of projection exposure system, has main portion that is firmly connected with substrate by solder or weld for fixing holder |
-
1973
- 1973-03-14 DE DE19732312711 patent/DE2312711A1/en active Pending
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