DE3007784A1

DE3007784A1 - Verfahren zur herstellung eines facetten-spiegels, anordnung zur durchfuehrung des verfahrens sowie ein solcher spiegel

Info

Publication number: DE3007784A1
Application number: DE19803007784
Authority: DE
Inventors: Joseph P Kleiber
Original assignee: Tropel Inc
Current assignee: Tropel Inc
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1980-10-09
Also published as: GB2045965B; FR2452722A1; CA1116908A; US4277141A; FR2452722B3; GB2045965A

Description

Tropel, Inc.

1000 Fairport Park,

Fairport, New York 14450, USA

Verfahren zur Herstellung eines Facetten-Spiegels, Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie ein solcher Spiegel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Facettenspiegels, Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie einen solchen Spiegel, dessen einzelne Spiegelflächen in winkelig zueinanderstehenden Ebenen angeordnet sind.

Solche Spiegel sind an sich bekannt, vgl. zum Beispiel US-PS 1 912 und US-PS 3 402 004, und werden insbesondere als sogenannte Spiegelräder zur Ablenkung oder zur Modulation eines Lichtstrahles, zum Beispiel eines Laserstrahles, benutzt, wie es beispielsweise in Laser-Druckwerken oder elektro-optischen Abtastsystemen der Fall ist. Derartige Spiegelräder müssen daher mit hoher Drehgeschwindigkeit rotieren und erfordern dabei optische Genauigkeiten in der Größenordnung von Bogensekunden, um hochqualifizierte Ergebnisse zu erzielen. Die Herstellung solcher Spiegelräder ist daher sehr kostspielig.

030041/0579

- 10 -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung eines Facetten-Spiegels, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie einen solchen Spiegel, insbesondere ein Spiegelrad zu schaffen, dessen Herstellung wesentlich billiger als bisher ist, ohne aber dabei die erforderliche optische Genauigkeit und die Zuverlässigkeit zu verschlechtern.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

a) Herstellung von einzelnen Spiegeln in einer den Abmessungen der Aufnahmeflächen eines Trägerelementes entsprechenden Größe,

b) genaues Ausrichten und Halten der Spiegel in den vorgesehenen Ebenen des zu erstellenden Facetten-Spiegels,

c) Einsetzen des Trägerelementes benachbart zu den genau ausgerichteten Spiegeln,

d) Auffüllen von zwischen dem Trägerelement und den Spiegeln vorhandener Spalten mit einem Zement, durch den die ausgerichtet gehaltenen Spiegel mit dem Trägerelement zu einem Facetten-Spiegel verbunden werden,

e) Einsetzen von Trimm-Streifen zwischen die einzelnen Spiegel, nachdem diese mit dem Trägerelement verbunden sind.

Eine Lehrenanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist folgende Merkmale auf:

a) Eine Basis ist mit einer Vielzahl von Oberflächen versehen, die mit den Oberflächen des zu erstellenden Facetten-Spiegels korrespondieren, wobei die Oberflächen exakt in den Ebenen der zugehörigen Flächen des Facetten-Spiegels liegen;

b) der Basis sind eine Vielzahl von Halterungen zugeordnet, die mit den Oberflächen der Basis und damit mit den Ebenen der Spiegelf&cetten korrespondieren, wobei jede Halterung eine der Basis zu-

030041/0579 -¹¹-

geordnete Montagefläche und eine der Aufnahme des Spiegels zugeordnete Oberfläche aufweist, die übereinanderbefindlich exakt in der gleichen Ebene liegen,

c) Mittel zur lösbaren Befestigung der Halterungen an der Basis,

d) Mittel zur lösbaren Befestigung der einzelnen Spiegel an den ihnen zugeordneten Oberflächen der Halterungen innerhalb der Ebenen des zu erstellenden Facetten-Spiegels und

e) Mittel an der Baäs zur Aufnahme eines Trägers benachbart den positionierten Spiegeln derart, daß diese in ihrer orientierten Lage mit dem Trägerelement fest verbindbar sind.

Ein Facetten-Spiegel nach der Erfindung ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) An einem einstückigen Träger sind Außenflächen vorgesehen, die mit den Spiegelflächen des Facetten-Spiegels korrespondieren;

b) eine Mehrzahl von Einzelspiegeln ist im Abstand von den Außenflächen des Trägerelementes angeordnet;

c) jeder Spiegel ist auf der zugeordneten Außenfläche des Trägerelementes in ausgerichteter Lage aufzementiert, die unabhängig von der Lage der Außenfläche des Trägers ist;

d) die einzelnen Spiegel sind mit einem Spielraum gebenden Abstand voneinander angeordnet,

e) der Träger weist zwischen jeder Außenfläche je einen Schlitz auf und

f) Trimm-Streifen sind innerhalb der Schlitze befestigt und ragen zwischen jeweils zwei benachbarte Spiegel.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

030041/0579

Durch die Erfindung ist die Herstellung optisch hochgenauer Facetten-Spiegel mit optisch genauen Spiegelflächen als Polygon oder auch in einer von einem Polygon abweichenden Form relativ einfach und kostensparend möglich. Die Verwendung von Vakuum zur Festlegung der Einzelteile der Lehrenanordnung und der Einzelspiegel in der Lehrenanordnung verändert nicht die Genauigkeit dieser Teile und ermöglicht eine hohe Lebensdauer der Lehrenanordnung, da keine dem Ver- ' schleiß unterliegende Riegelteile vorhanden sind. Die vorhandene Spalte zwischen Trägerelement und den einzelnen Spiegeln ermöglicht eine exakte Ausrichtung der Spiegel in den optisch vorgegebenen Ebenen und vereinfacht die Herstellung der Trägerelemente, da diese nicht die Genauigkeit der Spiegelanordnung aufzuweisen brauchen. Die Lehrenanordnung muß nur saubergehalten werden, um die ihr eigene hohe Genauigkeit auf die Spiegelanordnung zu übertragen. Die genaue Herstellung von Einzelspiegeln ist bekannt und nicht extrem teuer. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für mit optischen Arbeiten vertraute Personen in sauberer Atmosphäre einfach, so daß derartige Facetten-Spiegel oder Spiegelräder mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von wenigen Bogensekunden kostengünstig herstellbar sind. Ihre hohe Genauigkeit ermöglicht hohe Drehgeschwindigkeiten bis über 25 000 Um/min, wie dies insbesondere bei Laserstrahl-Abtasteinrichtungen notwendig ist. Die Einzelspiegel und ihre Reflektionsflächen können jeweils für sich in der erforderlichen Genauigkeit hergestellt und vergütet werden. Die aufwendige Behandlung von einstückigen polygonen Spiegelrädern, also ihr Schleifen, Polieren und Vergüten durch Aufbringen von Schichten auf die Spiegelflächen entfällt. Durch das gemeinsame Zementieren aller ausgerichteten Spiegel mit dem Trägerelement werden Justage-Arbeiten, wie sie bei der Einzelbefestigung von Spiegeln an einem Rahmen notwendig sind, vermieden. Aufwendig ist lediglich die genaue Herstellung der Lehrenanordnung. Da aber mit dieser eine Vielzahl von Facetten-Spiegeln herstellbar ist, ist dieser Aufwand von untergeordneter Bedeutung. Die Herstellung einer solchen Lehrenanordnung ist aber einfacher als die Herstellung eines Facetten-Spiegels der hier in Frage stehenden Art, zum Beispiel aus einem Stück Glas. Mit Hilfe der Lehrenanordnung kann jede gewünschte Anzahl von Spiegelflächen und jeder gewünschte

030041/0579 _₁₃_

Winkel zwischen zwei Spiegelflächen einfach und hochgenau eingehalten werden.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Im einzelnen zeigen

Figur 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Facetten-Spiegels gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine Seitenansicht des Facetten-Spiegels gemäß Figur 1,

Figur 3 eine die Benutzung eines Abstandstreifens darstellende Teilansicht des Facetten-Spiegels in vergrößertem Maßstab,

Figur 4 eine die Benutzung eines Trimm-Streifens darstellende Teilansicht des Facetten-Spiegels in vergrößertem Maßstab,

Figur 5 den Trimm-Streifen nach Figur 4 in einzementiertem Zustand,

Figur 6 eine Draufsicht auf die Basis einer Lehrenanordnung gemäß der Erfindung,

Figur 7 einen Schnitt durch die Basis gemäß der Linie 7-7 in Figur 6,

Figur 8 eine Ansicht von vorn auf eine Halterung, die der Basis gemäß den Figuren 6 und 7 zugeordnet ist,

Figur 9 einen Schnitt durch die Lehrenanordnung mit angesetzter Halterung zur Herstellung eines Facetten-Spiegels gemäß der Erfindung,

Figur 10 einen Schnitt durch eine vergrößerte Darstellung eines fertiggestellten Facetten-Spiegels mit den mit hoher Genauigkeit einzuhaltenden Winkeln und

Dimensionen und

030041/0579

Figur 11 eine vergrößerte Darstellung einer Teilansicht des Facetten-Spiegels mit einem Trimm-Streifen, dessen Ende den auf den Spiegel fallenden Lichtstrahl ablenkt.

Das nachstehend beschriebene Verfahren ist immer dann mit Vorteil anwendbar, wenn ein Spiegel mit einer Vielzahl von Facetten herge- . stellt werden soll, dessen spiegelnde Flächen sehr genau orientiert sein müssen. Da das Hauptanwendungsgebiet solcher Spiegel sogenannte Spiegelräder sind, wird ein solches der Beschreibung zugrundegelegt.

Diese Spiegelräder rotieren mit hoher Drehgeschwindigkeit um eine Achse und weisen Spiegelflächen auf, die winkelig zueinander im Abstand um die Achse angeordnet sind. Die Anzahl der Spiegelflächen und die Größe der Winkel zwischen jeweils zwei Spiegelflächen ist unterschiedlich, ebenso der Anwendungszweck. Ein typisches Einsatzgebiet sind Laser-Abtastgeräte, in denen die Spiegelräder mit sehr hoher Geschwindigkeit rotieren und die Spiegelflächen ein regelmäßiges Polygon in einer Ebene rechtwinklig zur Drehachse bilden. Die reflektierenden Spiegelflächen solcher Spiegelräder müssen optisch eben, optisch beschichtet und sehr genau in der Größenordnung von Bogensekunden in der vorgesehenen Ebene angeordnet sein. Im Gegensatz zur Herstellung solcher Spiegelräder aus einem Stück Glas werden nunmehr die Spiegelflächen einzeln hergestellt und vergütet, was relativ einfach und kostensparend ist, und anschließend zu einem polygonalen Spiegelrad hoher Genauigkeit zusammengesetzt. Dies führt zu besseren Spiegelrädern bei geringeren Kosten, die genau ausgewogen sind, so daß Drehgeschwindigkeiten von mehr als 25 000 ü.m/min möglich sind.

Die Herstellung und Vergütung der einzelnen Spiegelflächen ist an sich bekannt und soll daher hier nicht im einzelnen beschrieben werden. Wichtig ist nur, daß die Vergütung aller Spiegelflächen eines Spiegelrades gemeinsam in einem Arbeitsvorgang erfolgt, um die erforderliche Genauigkeit zu gewährleisten und Kosten zu sparen. Selbstverständlich müssen die einzelnen Spiegel, die zu einem Spiegelrad

030041/0579 ~¹⁵~

zusammengefügt werden, gleiche Abmessungen und gleiche Masse aufweisen, was jedoch auch relativ einfach und billig ist.

Für das Zusammenfügen der Einzelteile zu einem Spiegelrad wird eine Lehrenanordnung von hoher Genauigkeit benutzt, durch die die einzelnen Spiegel exakt in ihrer vorgesehenen Position gehalten werden. Diese Lehrenanordnung besteht aus einzelnen lösbaren Komponenten, die während der Herstellung des Spiegelrades die Einzelspiegel halten, um anschließend zum Zwecke der Freigabe des Spiegelrades voneinander getrennt zu werden. Die Herstellung hat unter sauberen Umgebungsbedingungen zu erfolgen und erfordert kein hohes Können, trotzdem werden Genauigkeiten in der Größenordnung von Bogensekunden erreicht.

Zur Halterung der einzelnen Spiegelflächen wird ein Trägerelement oder Kern benutzt , der symmetrisch ausgebildet und ausgewogen ist, um auch bei hohen Drehgeschwindigkeiten genau rund um seine Achse zu laufen. Das Trägerelement weist Oberflächen auf, die parallel und im Abstand zu den Ebenen liegen, in denen die einzelnen Spiegelflächen angeordnet sind. Obwohl das Trägerelement mechanisch genau ist, wird für die Oberflächen keine optische Genauigkeit gefordert.

Nach der Positionierung der einzelnen Spiegelflächen in der Lehrenanordnung wird das Trägerelement zwischen die Spiegelflächen eingefügt, was durch einen Zentrierstift der Lehrenanordnung erleichtert wird, der in die axiale Bohrung des Trägerelementes greift. Hierdurch entstehen Spalte zwischen den nach innen gewandten Flächen der Spiegel und den Oberflächen des Trägerelementes; in diese Spalte wird ein geeigneter Zement, zum Beispiel Epoxy-Harz, injiziert, bis diese gefüllt sind, um hierdurch die einzelnen Spiegel mit den Oberflächen des Trägerelementes fest zu verbinden. Da die Lehrenanordnung die optische Genauigkeit der Spiegelanordnung fixiert, geht diese auf das fertiggestellte Spiegelrad über, ohne daß - wie schon erwähnt - das Trägerelement diese Genauigkeit aufweisen muß. Es ist lediglich si-

-16-030041/0579

cherzustellen, daß der Zement gleichmäßig zur Drehachse verteilt eingebracht wird, um die gewünschten Laufeigenschaften des Spiegelrades beizubehalten.

Das fertige Spiegelrad 10 weist, wie Figur 1 zeigt, sechs reflektierende Flächen auf, es sind aber auch zwölf und mehr Flächen für solche pol3*gonale Spiegelräder möglich. Selbstverständlich ist auch eine andere Anordnung der Spiegelflächen möglich, auch braucht es keine drehbare Ausführungsform zu sein, wie auch die Winkel zwischen jeweils zwei Spiegelflächen unterschiedlich sein können.

Wie Figur 1 ferner zu entnehmen ist, sind die einzelnen Spiegel 15 über eine Zement-, vorzugsweise aber eine Epoxy-Schicht 14 mit den sie aufnehmenden Oberflächen 16 des Trägerelementes oder /Kern 11 verbunden, die auch bei hohen Drehgeschwindigkeiten des Spiegelrades 10 sicherstellt, daß die einzelnen Spiegel haften bleiben. Das Trägerelement 11 weist einen Ansatz 12 zur Lagerung auf einer nicht dargestellten Achse auf.

Vorzugsweise wird Epoxy-Harz zum Aufkleben der Spiegelflächen verwendet, auch wenn es sich nicht um einen drehbaren Spiegel handelt.

Das Trägerelement kann aus gegossenem Metall, aus Keramik oder aus Plastik hergestellt sein und benötigt keine hohe Genauigkeit, da, wie schon erwähnt, die Spiegelflächen unabhängig von den sie tragenden Oberflächen 16 des Trägerelementes orientiert werden. Die Radien und Winkel des Spiegelrades 10, welche genau einzuhalten sind, können am besten aus der Figur 10 ersehen werden. Die Bohrung 13 des Trägerelementes 11 ist exakt konzentrisch und in Übereinstimmung mit der Drehachse 60 und weist einen Radius r 1 auf. Der Radius r 2 ist der Nabe 12 zugeordnet und nicht kritisch, jedoch muß die Außenmantelfläche genau konzentrisch zur Achse 60 sein, damit die Nabe eine ausgewogene Rotationsmasse darstellt. Auf die Nabe 12 kann jedoch auch verzichtet werden, wenn Vorsorge getroffen ist, daß das scheibenförmige Trägerelement anderweitig mit der Drehachse verbunden wird, beispielsweise durch parallel zur Drehachse angeordnete Schrauben. Die

030041/0579

Oberflächen 16 des Trägerelementes 11 sind gleichmäßig von der Achse 60 entfernt, nämlich um die Radien r 3, die genaue mechanische Toleranzen darstellen. Die Oberflächen 16 benötigen keine optisch genaue Behandlung. Die nach innen gewandten Oberflächen 61 der Spiegel 15 sind in gleichen Abständen r 4 von der Achse 60 angeordnet, wobei die Radien r 4 größer als die Radien r 3 sind. Es entstehen dadurch Spalte, die mit Zement 14 gefüllt werden. Die Zementschicht. 14 muß um die Achse 60 genau verteilt und ausgewogen werden. Die Außenflächen 62 der Spiegel 15 sind mit hoher Genauigkeit in Abständen r 5 von der Achse 60 angeordnet und werden dort von der noch zu beschreibenden Lehrenanordnung gehalten. Die Oberflächen 62 sind optisch eben, gleichmäßig beschichtet und mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von Bogensekunden in den ihnen zugeordneten Ebenen gehalten, was auch für die von den Ebenen eingeschlossenen Winkel gilt. Diese Ebenen sind parallel zur Drehachse 60 und senkrecht zur Ebene 63 der Oberfläche des Trägerelementes 11. Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen möglich, beispielsweise schräg zur Achse 60. Wird die Oberfläche 63 exakt senkrecht und die Bohrung 13 konzentrisch zur Achse 60 gehalten, so wird sichergestellt, daß das fertige Spiegelrad ohne Wobbein genaue lineare Abtastbewegungen erzeugt. In praxi sind die Ebenen der Oberflächen 63 und 73 am Umfang des Trägerelementes 11 oder etwas zurückversetzt errichtet.

Das Auswiegen aller Teile des Spiegelrades 10 um die Achse 60 ist wichtig für ein rundes Laufen des Spiegelrades mit Drehgeschwindigkeiten über 25 000 Um/min, trotzdem können Vibrationen auftreten. Es müssen daher auch die Massen gleichmäßig verteilt sein, ein Auswuchten kann erreicht werden, indem kleine Materialmengen von der Nabe 12 entfernt werden. Spiegelräder ohne diese Nabe können durch Vergrößerungen der Löcher für die parallel zur Achse 60 liegenden Befestigungsscheiben ausgewuchtet werden.

Wie die Figuren 2 bis 5 zeigen, weist jede Ecke des Trägereleraentes, also zwischen den Oberflächen 16, einen Aufnahmeschlitz 17 auf, der in eine Bohrung oder Vergrößerung 18 übergeht. Trimm-Streifen 20 können in diese Schlitze 17 eingesetzt und in den Bohrungen 18 ver-

030041/0579 -18-

ankert werden in der Weise, daß die Enden die Ecken 22 der einzelnen Spiegel 15 in der dargestellten Weise überragen. Diese Enden bilden Köpfe 21, die die Oberflächen der Spiegel ein wenig überragen, wodurch sowohl das Aussehen als auch die Sicherung der Spiegel 15 vom Ablösen und Wegfliegen während der Drehung des Spiegelrades verbessert wird. Die Trimm-Streifen bestehen entweder aus stranggepreßtem Metall oder anderen hoch zugfesten Materialien, die auf Länge geschnitten sind. Die Köpfe 21 und die Verankerungen 23 können selbstverständlich unterschiedlich ausgebildet sein. Die Schlitze 17 können auch dazu benutzt werden, um jeweils einen Abstand-Streifen 25, wie in Figur 3 dargestellt, zu halten. Hierdurch wird ein genauer Abstand zwischen den einzelnen Spiegeln 15 bei der Montage eingehalten. Diese Abstand-Streifen bestehen aus einem Kunstharz, welches durch den Zement oder das Epoxy-Harz für die Befestigung der Spiegel nicht mit dem Trägerelement verbindbar ist. Die Abstand-Streifen werden nach dem Befestigen der Spiegel am Trägerelement aus den Schlitzen wieder herausgezogen. Die nunmehr freien Schlitze werden dann von den Trimm-Streifen 20 eingenommen, wie dies in Figur 4 gezeigt ist. Ein Zement 14a wird dann benutzt, um die Trimm-Streifen mit dem Trägerelement sicher zu verbinden. Der Zement 14a hat dieselbe Dichte wie der Zement 14, so daß jede Unregelmäßigkeit, die das Rundlaufen beeinflussen könnte, vermieden wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform für den Kopf 21 des Trimm-Streifens 20 ist aus Figur 11 zu ersehen. Da der Teil oder die Verbindung zwischen jeweils zwei Spiegelflächen 62 durch einen Abtaststrahl 70 dreht, wird durch diesen Licht entlang dem Abtastweg 71 über einen Winkel 72 reflektiert, so daß ein Rauschsignal erzeugt wird. Bei Spiegelrädern aus massivem Glas ist an den genannten Kanten zwischen zwei Spiegelflächen eine Abrundung nicht zu vermeiden. Die Lichtreflektion an dieser Stelle erzeugt also ein Rauschsignal, immer wenn der Abtaststrahl 70 diese Stelle passiert. Der Kopf 21 dei» Trimm-Streifen 20 ist gemäß Figur 11 so geformt, daß dieses Rauschen ein Minimum wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kopf rait annähernd ebenen Flächen 65 aus den Spiegeloberflächen 62 ragt, die zu einer Linie 66 zusammenlaufen. Auf diese Weise lenken die Flächen 65 Licht

030041/0579 -19-

vom Abtaststrahl 70 auf den Abtastpfad 71. Die ebenen Flächen 65 bilden ferner Haken 64, die die Kanten 22 der Spiegel 15 überragen und so dem besseren Aussehen und der mechanischen Sicherung dienen. Die Verringerung der Rauschsignale erhöht die Genauigkeit des Spiegelrades.

Die Lehrenanordnung zur Herstellung des Spiegelrades besteht im wesentlichen aus einer mehrflächigen Basis 30, wie die Figuren 6 und 7 zeigen. Sie ist aus gehärtetem Stahl gefertigt und weist Flächen 31 auf, die exakt übereinstimmen mit den Ebenen der Spiegelflächen 62 des Spiegelrades 10, also eine Genauigkeit in der Größenordnung von Bogensekunden aufweisen. Die Flächen 31 der Basis stellen also Referenzflächen für die genaue Positionierung der Spiegel 15 dar, die vorzugsweise mittels Vakuum dort gehalten werden. Hierzu dient ein Vakuum-System, das mit einem Sockel 32 am Boden der Basis 30 verbunden ist. Von dort führen das Vakuum führende Leitungen 33 zu jeder der Flächen 31 und münden dort. Jeweils eine Schraube 34 durchsetzt jede Leitung 33 und bildet dadurch ein von Hand betätigbares Ventil, durch das jeweils die zugeordnete Leitung geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Druck des Vakuums kann in an sich bekannter Weise geregelt werden.

Ferner sind Halterungen 40 - vgl. Figuren 8 und 9 - vorgesehen, die zu jeder Fläche 31 der Basis 30 passen und jeweils eine Referenzfläche 41 aufweisen, die genau eben ist. Der untere Teil 39 dieser Referenzfläche dient als Montageflache, die der Fläche 31 der Basis zugeordnet ist. Der obere Teil 49 dieser Referenzfläche 41 ist die Montagefläche für einen Spiegel 15. Jede Halterung 40 weist eine vertikale Bohrung 43 auf, die am unteren Ende mit einem Stift 43 verschlossen ist, und die mit Bohrungen 44 - 46 kommunizieren, welche in die Referenzfläche 41 münden. Je eine Schraube 47 durchdringt die Bohrung 42 zwischen den Bohrungen 44 und 45 für eine Einstellung des Vakuums von Hand.

030041/0579

Eine als Widerlager dienende Platte 50 ist an der Unterseite der Basis 30 mittels Schrauben 51 befestigt und bildet Referenzflächen, die rechtwinklig zu den Referenzflächen 31 angeordnet sind und ebenfalls als Aufnahmeflächen für die Halterungen dienen. In der Platte 50 befinden sich Nuten 52, die jeweils zentrisch zu den Aufnahmeflächen 31 angeordnet sind. Jede Halterung 40 wird gegenüber der jeweiligen Aufnahmefläche 31 positioniert, indem ihr Stift mit der züge-· hörigen Nute 52 in Eingriff gebracht wird, und die Flächen 41 und 31 genau übereinstimmend ausgerichtet werden. Eine Ausnehmung 48 in der Referenzfläche 41 jeder Halterung 40 kommuniziert mit der zugehörigen Bohrung 44, so daß das Vakuum von der Basis her der Oberfläche 31 über die Bohrung 33 und das Ventil 34 zugeleitet wird. Die Ausnehmung 48 wird dadurch evakuiert, so daß jede Halterung 40 in der genau ausgerichteten Lage in Verbindung mit der Basis 30 gehalten wird. Ein solches Vakuum-System hat den Vorteil, daß der Zusammenbau und das Auseinandernehmen der Lehrenanordnung sehr einfach durchzuführen ist und jede Verschmutzung der Lehrenanordnung oder ungenauen Zusammenbau leicht erkennen läßt.

Nach dem Zusammenbau der Lehrenanordnung, also dem. genauen Zusammenfügen von Halterungen und Basis und deren Arretierung durch das Vakuum-System, werden die einzelnen Spiegel 15 eingesetzt, indem diese mit den Oberflächen 49 der Halterungen verbunden werden. Hierbei ist auf ein genaues Einsetzen zu achten, worauf durch öffnen des jeweiligen Ventils 47 der Spiegel 15 an seiner zugeordneten Oberfläche 49 durch das Vakuum gehalten wird, welches über die Leitungen 42 und die Bohrungen 45 und 46 den Ausnehmungen 38 in der Oberfläche 49 der Halterung zugeführt wird.

Da das Vakuum nur bei genauem Zusammenbau und genauem Ausrichten der Spiegel wirksam werden kann, ist dieses gleichzeitig eine Anzeige für die genaue Ausrichtung.

Daraufhin wird der Kern, also das Trägerelement 11, eingesetzt. Infolge des Zentrierstiftes 53 in der Basis 30, der in die Bohrung 13 des Trägerelementes eingreift, wird dieses in bezug auf die Spiegel 15 genau zentriert. Das Trägerelement 11 und die Spiegel 15 werden

030041/0579

30Q7784

in axialer Richtung genau getragen von der Referenzoberfläche 54 der Basis 30. Falls das Trägerelement 11 Aufnahmeschlitze 17 aufweist und Abstandstreifen 25 benutzt werden, so werden diese zwischen die Spiegel 15 eingesetzt, so daß diese über die Spiegel herausragen, vgl. Figur 3. Nach genauer Ausrichtung aller Teile und ihrer Festlegung durch Vakuum wird Epoxy-Harz oder ein anderer geeigneter Zement in die Spalte zwischen dem Trägereleraent 11 und den· Spiegeln 15 gefüllt, wie dies in Figur 9 schematisch dargestellt ist, um die Spiegel fest mit dem Trägerelement zu verbinden. Nach dem Abbinden des Zements werden die Abstandstreifen entfernt und an ihre Stelle werden die Trimm-Streifen 20 eingesetzt.

Diese schützen die Kanten der Spiegel 15 und bringen ein sauberes und gutes Aussehen des Spiegelrades.

Schließlich wird das Vakuum abgeschaltet und die Halterungen 40 werden abgenommen, so daß das fertige Spiegelrad der Lehrenanordnung entnommen werden kann. Das zusammengesetzte Spiegelrad wird anschließend ausgewuchtet und getestet und ist dann fertig für den Gebrauch.

Selbstverständlich sind Änderungen der beschriebenen und dargestellten Teile möglich, ohne daß dabei die Erfindung verlassen wird. Auch können das Vakuum-System, die Halterungen und die Basis anders angeordnet oder gestaltet werden.

Es können auch andere Ausbildungen des Spiegels auf die beschriebene Art hergestellt werden, bei denen durch die dargestellte Ausbildung der Lehrenanordnung die Genauigkeit der Spiegelflächen sichergestellt ist.

030041/0579

Claims

300778A '·■·7'·2S9 Tropel, Inc. HLE_ Tropel, Inc. ECC-O Γ/.^Μ ":■'■■-··■■'/<J 1000 Fairport Park, Fairport, New York 14450, USA PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Facetten-Spiegels, dessen einzelne Spiegelflächen in winkelig zueinanderstehenden Ebenen angeordnet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Lehrenanordnung mit die Ebenen der Spiegel des Facetten-Spiegels bestimmenden Oberflächen, gegen die die Spiegel ausgerichtet werden.

030041/0579

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anwendung von Vakuum zur Festlegung der Spiegel an den Oberflächen der Lehrenanordnung.

4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anwendung von Vakuum zum Halten von beweglichen Halterungen an der Lehrenanordnung.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lösen der Halterungen der Facetten-Spiegel aus der Lehrenanordnung zu entnehmen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die einzelnen in die Lehrenanordnung eingefügten Spiegel Abstandstreifen gelegt werden, ehe die Spalten mit Zement gefüllt werden.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandstreifen nach dem Verbinden der Spiegel mit dem Trägerelement entfernt und an deren Stelle die Trimm-Streifen eingefügt werden.

8. Verfahren zur Herstellung eines um eine Achse drehbaren polygonen Spiegelrades zur Ablenkung eines Lichtstrahles längs einer Abtastlinie, dessen Spiegelflächen durch einzelne Spiegel gebildet sind, die mit einem einstückigen Träger verbunden sind, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Verfahrensschritte:

a) Herstellung der einzelnen Spiegel in einer den Abmessungen der den Spiegeln zugeordneten Außenflächen des Trägers entsprechenden Größe,

b) gleichmäßiges Aufbringen einer Vergütungsschicht auf die Außenfläche aller Spiegel gemeinsam,

-3-030041/0579"

c) unter Verwendung einer Lehrenanordnung mit die Ebenen der Spiegel bestimmenden Oberflächen werden die einzelnen Spiegel unter Einhaltung vorbestimmter Winkel durch Anlegen an diese Oberflächen und Ausrichten in gleichmäßigen Abständen zur Achse zu einer Spiegelanordnung des zu erstellenden Spiegelrades zusammengefügt;

d) Benutzung eines Vakuums zur Festlegung der ausgerichtet angeordneten Spiegel an den Oberflächen der Lehrenanordnung,

e) Einpassung des ausgewuchteten Trägers in gleichmäßigen Abständen der Trägerflächen von dem diesem zugewandten Flächen der Spiegel durch Aufbringen der axialen Bohrung des Trägers auf einen Zentrierstift und

f) gleichmäßiges Auffüllen und Auswiegen der zwischen den Außenflächen des Trägers und den Innenflächen der Spiegel vorhandenen Spalte mit einem die Spiegel im ausgerichteten Zustand mit dem Träger auch bei hohen Drehgeschwindigkeiten fest verbindenden Zement.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Anwendung von Vakuum zum Halten von beweglichen Teilen der die Positionen der Spiegel bestimmenden Lehrenanordnung.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lösen der Halterungen das Spiegelrad von der Lehrenanordnung lösbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von die Spiegelkanten überragenden Trimm-Streifen jeweils zwischen zwei aneinanderstoßenden Spiegeln und deren Befestigung im Träger.

030041/0579

12. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von über die Spiegelkanten greifenden Trimm-Streifen mit geformten Enden, um das Licht an diesen Stellen abzulenken.

13· Lehrenanordnung für das Zusammenfügen eines Facetten-Spiegels aus einzelnen Spiegelflächen, die in winkelig zueinanderstehenden Ebenen angeordnet sind, nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Merkmale:

a) Eine Basis QO) ist mit einer Vielzahl von Oberflächen (41) versehen, die mit den Oberflächen (15) des zu erstellenden Facetten-Spiegels korrespondieren, wobei die Oberflächen (41) exakt in den Ebenen der zugehörigen Flächen des Facetten-Spiegels (10) liegen;

b) der Basis (30) sind eine Vielzahl von Halterungen (40) zugeordnet, die mit den Oberflächen (41) der Basis und damit mit den Ebenen der Spiegelfacetten korrespondieren, wobei jede Halterung eine der Basis zugeordnete Montagefläche (41) und eine der Aufnahme eines Spiegels zugeordnete Oberfläche (49) aufweist, die übereinanderbefindlich exakt in der gleichen Ebene liegen,

c) Mittel zur lösbaren Befestigung der Halterungen (40) an der Basis (30),

d) Mittel zur lösbaren Befestigung der einzelnen Spiegel an den ihnen zugeordneten Oberflächen (49) der Halterungen innerhalb der Ebenen des zu erstellenden Facetten-Spiegels und

e) Mittel (53) an der Basis (30) zur Aufnahme eines Trägers (11) benachbart den positionierten Spiegeln (15) derart, daß diese in ihrer orientierten Lage mit dem Trägerelemeftt (11) fest verbindbar sind.

-5-030041/0579

14. Lehrenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur lösbaren Befestigung der Halterungen (40) an der Basis (30) ein Vakuumsystem aufweisen, dessen Leitungen (33) in die den Halterungen (40) zugewandten Seitenflächen der Basis münden.

15. Lehrenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß in den Leitungen (33) einstellbare Ventile (34) vorgesehen sind.

16. Lehrenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Halterungen (40) mit dem Vakuumsystem der Basis (30) kommunizierende Leitungen (42) aufweisen, die in die den Spiegeln zugeordneten Oberflächen (49) münden.

17. Lehrenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungen (42) der Halterungen (40) einstellbare Ventile (47) aufweisen.

18. Lehrenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß mit der Basis (30) eine rechtwinklig zu den Oberflächen sich erstreckende, Aussparungen (52) aufweisende Platte (50) verbunden ist, in die die Halterungen (40) jeweils mit Hilfe eines Fortsatzes (43) eingreifen.

19. Lehrenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Basis (30) einen Zentrierstift (53) zur Aufnahme des Trägerelementes (11) aufweist.

20. Facetten-Spiegel mit einer Vielzahl von in winkelig zueinanderstehenden Ebenen angeordneten Spiegelflächen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

030041/0579

a) An einem einstückigen Träger (11) sind Außenflächen vorgesehen, die mit den Spiegelflächen (15) des Facetten-Spiegels korrespondieren;

b) eine Mehrzahl von Einzelspiegeln (15) ist im Abstand von den Außenflächen des Trägerelementes (11) angeordnet;

c) jeder Spiegel ist auf der zugeordneten Außenfläche des Trägerelementes (11) in ausgerichteter Lage aufzementiert, die unabhängig von der Lage der Außenfläche des Trägers ist;

e) der Träger (11) weist zwischen jeder Außenfläche je einen Schlitz (17) auf und

f) Trimm-Streifen sind innerhalb der Schlitze (17) befestigt und ragen zwischen jeweils zwei benachbarte Spiegel.

21. Facetten-Spiegel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Trimm-Streifen(20) so geformt sind, daß ihre Enden über die Kanten der einzelnen Spiegel (15) ragen.

22. Facetten-Spiegel nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß Teile der Trimm-Streifen (20) über die Oberfläche der Spiegel (15) ragen und so geformt sind, daß auftreffendes Licht reflektiert wird.

23. Um eine Achse drehbares polygones Spiegelrad zur· Ablenkung eines Lichtstrahles längs einer Abtastlinie, dessen Spiegelflächen durch einzelne Spiegel gebildet sind, die mit einem einstückigen Träger verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

-7-030041/0579

a) Der Träger (11) weist eine koaxial zur und in Übereinstimmung mit der Achse (60) liegende Öffnung (13) auf;

b) der Träger (11) ist exakt symmetrisch und für hohe Drehgeschwindigkeiten um die Achse (60) ausgewuchtet;

c) der Träger (11) weist mit den Spiegelflächen korrespondierende und parallel zu diesen liegende Oberflächen (16) auf, die in radialem Abstand von der Achse (60) angeordnet sind;

d) die eine gleichmäßige optische Beschichtung aufweisenden Spiegel (15) sind von gleicher Masse und weisen gleiche Abmessungen auf;

e) die Spiegel (15) weisen je eine plane, der Spiegelfläche abgewandte Oberfläche auf und sind in bezug auf die zugeordnete Oberfläche des Trägers (11) in gleichen Abständen angeordnet;

f) die Spiegel (15) weisen plane, die Spiegelflächen bildende Außenflächen auf und sind in vorbestimmten Winkeln zueinander und in bezug auf die Achse in gleichen radialen Abständen zur Achse (60) exakt ausgerichtet angeordnet, deren Lage jeweils unabhängig von der Lage der sie tragenden Außenflächen des Trägers ist;

g) die Spiegel (15) sind jeweils mit ihren dem Träger (11) zugewandten Flächen mit den zugeordneten Oberflächen des Trägers durch eine Zementierung (14) fest verbunden, und

h) die Zementierung (14) füllt gleichmäßig die Räume zwischen den Spiegeln (15) und den Außenflächen (16) des Trägers (11) aus und ist für hohe Drehgeschwindigkeiten um die Achse (60) geeignet.

030041/0579

24. Spiegelrad nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (15) so angeordnet sind, daß ihre
Kanten (22) einen Schlitz begrenzen, in den im Träger (11) befestigte Trimm-Streifen (20) eingreifen.

25. Spiegelrad nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Trimm-Streifen (20) jeweils mit ihrem einen ' Ende über die Spiegelflächen (15) greifen und so geformt sind, daß auftreffendes Licht reflektiert wird.

26. Spiegelrad nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) der Befestigung der Trimm-Streifen (20) dienende Schlitze (17) aufweist.

030041/0579