DE3324746C2 - Drehspiegelanordnung - Google Patents

Abstract

Bei einer Drehspiegelanordnung zur Erzeugung eines parallel zu sich selbst verschobenen Fahrstrahls ist eine Anzahl ebener Spiegel (11 bis 16) vorgesehen. Die Spiegel (11 bis 16) verlaufen senkrecht zur Drehachse (17) eines Drehkörpers (18). Sie sind in schraubenförmiger Versetzung zum Drehkörper (18) angeordnet und werden außerhalb der Drehachse (17) unter einem Winkel (α) von einem Lichtstrahl (19) beaufschlagt (Fig. 3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehspiegelanordnung zur Erzeugung eines parallel zu sich selbst sprunghaft aufeinanderfolgende Abtastlagen einnehmenden Lichtstrahls nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Drehspiegelanordnungen dieser Art ist es bekannt, daß ein Einfallsstrahl aufgrund des Umlaufens des Drehkörpers die einzelnen Planspiegel zeitlich nacheinander beaufschlagt und dadurch die einzelnen Reflexionsstrahlen erzeugt, die ihre Abtastlage beim Wechseln des Einfallsstrahls von einem Planspiegel zum nächsten sprunghaft verändern. Bei der vorbekannten Drehspiegelanordnung liegt die Drehachse des Drehkörpers in der durch Einfallsstrahl und Reflexionsstrahl definierten Ebene, weshalb die Planspiegel entsprechend dem Winkel zwischen dem Einfallsstrahl und der Drehachse des Drehkörpers auf zunehmend größeren Radien angeordnet werden müssen. Die bekannte Drehspiegelanordnung ist deswegen sehr platzaufwendig, weil der Durchmesser der Bahn, den der Planspiegel mit dem größten Abstand von der Drehachse beschreibt, wesentlich größer sein muß als die größte Versetzung der erzeugten Reflexionsstrahlen. Weiter ist an eier bekannten Drehspiegelanordnung nachteilig, daß die Verweilzeiten des vollständigen Querschnitts des Einfallsstrahls auf den einzelnen Spiegelflächen um so kurzer ist, je geringer der radiale Abstand der Planspiegelfläche von der Drehachse des Drehkörpers ist. Mit anderen Worten nehmen die Zeiten, während der der Strahlquerschnitt in eine Spiegelfläche einläuft bzw. aus ihr ausläuft einen um so größeren Bruchteil der Gesamtbeaufschlagungszeit »in, je kleiner der Abstand der Spiegelfläche von der Drehachse ist. Dadurch ist der zei !ich ausnutzbare Bereich der einzelnen, räumlich feststehenden Reflexionsstrahlen erheblich eingeengt.

Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine Drehspiegelanordnung der eingangs genannten Gattung, welche aus einem einzigen feststehenden Einfallsstrahl zeitlich nacheinander parallel zueinander versetzte, jeweils für einen bestimmten Zeitraum feststehende Reflexionsstrahlen erzeugt, zu schaffen, deren radiale Abmessungen im Vergleich zur maximal erzielbaren Reflexionsstrahlversetzung deutlich herabgesetzt sind und bei der der nutzbare zeitliche Bereich jedes Reflexion.sstrahls im wesentlichen der gleiche ist. d. h. bei dem die Einlaufzeiten der Reflexionsstrahlen in die Spiegelflächen sowie deren Auslaufzeiten im Vergleich zur nutzbaren Zeit, während der der volle Strahlquerschnitt auf die Spiegelflächen fällt, im wesentlichen für alle Spiegelflächen gleich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Drehspiegelanordnung der eingangs genannten Gattung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Erfindungsgemäß liegt also die Drehachse des Drehkörpers außerhalb der durch Einfalls- und Reflexionsstrahl gebildeten Ebene, wodurch es möglich wird, sämtliche Planspiegel im gleichen radialen Abstand von der Drehachse des Drehkörpers vorzusehen. Die maximale Versetzung der gebildeten Reflexionsstrahlen ist dabei deutlich größer als der Durchmesser der Kreisbahnen, den die die gleiche radiale Ausdehnung aufweisenden Planspiegel beim Umlaufen des Drehkörpers durchlaufen. Die Radialabmessungen der Anordnung sind somil erheblich herabgesetzt, und es wird auch vermieden, daß die Planspiegel in sehr unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse des Drehkörpers umlaufen müssen, was abgesehen von den dargelegten optischen Problemen auch größere Beanspruchungen aufgrund höherer Zentrifugalkräfte zur Folge haben könnte.

Die Erfindung schafft somit eine sehr kompakte Drehspiegelanordnung mit großer maximaler Strahlversetzung, wobei sämtliche sprunghaft nacheinander gebildeten Reflexionsstrahlen in ihrem zeitlichen Verlauf im wesentlichen gleich sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Eine optimale Winkelanordnung zur Erzielung einer besonders großen Strahlversetzung bei kompaktem Aufbau ist durch Anspruch 5 gekennzeichnet.

Die Merkmale des Anspruches 6 gewährleisten, daß sowohl die in der vorderen als auch die in der hinteren Hälfte des Drehkörpers angeordneten Planspiegel voll für die Erzielung großer maximaler Strahlversetzungen genutzt werden.

Die Merkmale des Anspruches 7 sind von Bedeutung, um zu gewährleisten, daß der von einem der Planspiegel aufgrund der Drehung des Drehkörpers herunterfallende Einfallsstrahl lückenlos auf den nächsten Planspiegel auftrifft.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben: in dieser zeigt

F i g. 1 eine Axialansicht einer erfindungsgemäßen Drehspiegelanordnung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gegenstandes der F i g. 1 von rechts, wobei der Eintriitslichtstrahl und die reflektierten Lichtstrahlen dargestellt sind,

Fig. 3 eine Axialansicht analog Fig. 1 einer praktischen baulichen Ausführungsform der Drehspiegelanordnung,

Fig.4 eine Seitenansicht der Drehspiegelanordnung nach F i g. 3 und

F i g. 5 eine Anwendung der erfindungsgemäßen Drehspiegelanordnung bei einer Abtastvorrichtung, wie sie in der DE-OS 31 25 189 beschrieben ist.

Nach den Fig. 1 und 2 sind auf einem um eine Drehachse 17 kontinuierlich drehbaren Drehkörper 18 in schraubenlinienförmiger Versetzung sektorförmige Planspiegel 11,12,13,14,15,16 senkrecht zur Drehachse 17 angeordnet. Alle aufeinanderfolgenden Spiegel weisen die gleiche Axial- und Umfangsversetzung auf. Die sektorförmiger¹. Planspiegel 11,12,13, !4,15,16 überlappen sich und erstrecken sich demzufolge :-jsammen über einen Umfang von mehr als 360°. in der noch zu beschreibenden Fig. 3 ist diese Überlappung deutlich zu erkennen. Die Spiegel 11 bis 16 erstrecken sich also in der Ansicht der Fig. 1 zusammen über einen Umfang von 360°.

Nach F i g. 2 fällt auf diese Drehspiegelanordnung unter einem Winkel λ von ca. 30° ein Laserlichtstrahl 19. Nach Fig. 1 trifft der Laserlichtstrahl in einem seitlichen Abstand a von der Achse 17 auf die Drehspiegelanordnung auf. Höhenmäßig ist der Laserstrahl 19 so angeordnet, daß er in der Seitenansicht der F i g. 2 durch die axiale Mitte M der Längserstreckung b der Drehspiegelanordnung hindurchgeht. Die erwähnte Überlappung hängt vom Winkel λ ab. Wäre keine Überlappung vorhanden, würde der Strahl 19 beim Übergang von einem zum nächsten Planspiegel ohne Ablenkung durchlaufen.

Auf diese Weise trifft der Lichtstrahl 19 je nach der Drehstellung der Drehspiegelanordnung nach Fig. 1 und 2 an den Stellen 11', 12', 13', 14\ 15', t6' auf die Spiegelflächen der Spiegel 11,12.13,14,15 bzw. 16 auf.

Aus dem Lichtstrahl 19 werden somit reflektierte Lichtstrahlen 11", 12". 13", 14", 15", 16".

In den P i g. 1 und 2 ist der Drehkörper 18 in einer solchen Winkellage gezeichnet, daß der Lichtstrahl 19 am zweiten Spiegel 12 an der Stelle 12' reflektiert wird und einen reflektierten Strahl 12" ergibt.

Die übrigen, sprungariig parallel versetzten reflektierten Lichtstrahlen 11", 13", 14", 15" und 16" sind in F i g. 2 gesh ichelt angedeutet.

Durch kontinuierliche Drehung des Drehkörpers 18 kann somit ein jeweils um ein gleiches Stück c parallel /u sich selbst sprungartig versetzter Fahrstrahl erzeugt werden.

Soweit möglich, sollte der Einfallswinkel des Lichtstrahls 19 45' betragen.

Nach den F i g. 3 und 4 sind auf dem Umfang des Drehkörpers 18 acht rechteckförmige Spiegel 9 bis 16 in enger Packung schraubenlinienförmig angeordnet.

Der Drehkörper 18 ist an beiden Enden in Lagern 20 gelagert und kann beispielsweise über eine Keilriemenscheibe 21 zu einer kontinuierlichen Drehbewegung angetrieben werden.

In Fig. 5 bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Elemente wie bei df η vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Von einem Laser 22 gelangt über eine Strahlaufweitungsoptik 23, 24 ein Laserlichtstrahl 19 unter einem Winkel von 45° auf die aus Spiegeln 9 bis 16 bestehende erfindungsgemäße Drehspiegelanordnung. Diese lenkt den Laserstrahl unter einem Winkel von 90= in einer horizontalen Ebene ab. Dargestellt ist in F i g. 5 die Reflexion an dem letzten Spiegel 16. Die übrigen Spiegel 9 bis 15 sind gegenüber dem Spiegel 16 derart schraubenlinienförmig drehversetzt, daß sie den Durchgang des Laserstrahls 19 zum Spiegel 16 nicht behindern, to Der abgelenkte Laserstrahl 16" trifft dann auf einen Umlenkspiegel 25a und wird von diesem gegebenenfalls über eine weitere Optik 26a auf einen weiteren Umlenkspiegel 27a geleitet, der den Lichtstrahl zu einem Tochterspiegelrad 28a führt, welches sich wes ntlich schneller dreht als die erfindungsgemäße Drehspiegelanordnung. Hierdurch wird ein sektorförmiger Abtastlichtsirahl 29a gebildet, der innerhalb des Sektors 33a eine sich periodisch wiederholende Abtastbewegung ausführt. Der sektorförmige Lichtsf^hl fällt auf einen streifenförmigen Planspiegel 30a, der -!en Lichtstrahl zu einem nur schematisch angedeuteten Hohlspiegel 31a umlenkt, mittels dessen schließlich ein parallel kontinuierlich zu sich selbst verschobener Fahrstrahl 32ä gebildet wird, der den Bereich zwischen den Grenzen 32a' und 32a" periodisch in nacheinanderfolgenden Zyklen abtastet. Er beaufschlagt so, wie das in der DE-OS 31 25 189 beschrieben ist, eine Materialbahn zwecks Fehlersuche.

Die Empfangsanordnung für das durch Fehler in der jo Teppichbahn durchgehende Licht ist in F i g. 5 nicht dargestellt. Sie kann so wie in der DE-OS 31 25 189 beschrieben, ausgebildet sein.

Bei kontinuierlicher Weiterdrehung des Drehkörpers 18 gelangen schließlich die übrigen Teilspiegel 9 bis 15 nacheinander in den Laserstrahl 19. wodurch sprungartig seitlich versetzte reflektierte Strahlen 15", 14". 13", 12". H", 10" bzw. 9" gebildet werden, die an in Richtung dieser Strahlen versetzten Umlenkspiegeln 256, 25c, 25d 25e, 25/. 25g- bzw. 25Λ in analoger Weise um 90° um· slenkt werden, wie das bezüglich des reflektierten Strahls 19" oben beschrieben wurde. Die an den Spiegeln 25 reflektierten Strahlen gelangen an dir oben beschriebenen Tochterspiegelrad-Abtastanordiiung vorbei zu weiteren, gleich ausgebildeten und daneben in einer Reihe angeordneten weiteren Tochterspiegelrad-Abtastanordnungen, wo dann entsprechend weitere Abtastzyklen nacheinander durchlaufen werden, die in F i g. 5 nicht dargestellt sind.

Im Betrieb springt der reflektierte Laserstrahl nach jeweils einer bestimmten Verweilzeit zur nächsten Position usw. Während der Verweilzeit des reflektierten Laserlichrstrahls auf einer Spiegelfläche der erfindungsgemäßen Drehspiegelanordnung vollzieht das zugeordnete Toci.terspiegelrad. ζ. B. 28a. zumindest einige komplette Abtastungen.

Während also mittels der erfindungsgemäßen Dreh-Spiegelanordnung eine sprungartige seitliche Fahrstrahlversetzung t. zeugt wird, wird mit den Tochterspiegelräde-n eine übliche sektorförmige kontinuierliehe Abtastbewegung eines Fahrstrahls hervorgerufen.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß der r.treifenförmige Spiegel 30a gegenüber dem Tochterspiegelrad 28a nach vorn etwas versetzt ist und der Hohlspiegel 31a um den doppelten Betrag ebenfalls vor dem Spiegelrad 28a (.5 in der Darstellung nach F i g. 5 liegt, so daß der schließlich gebildete Fahrstrahl 32a an dem streifenförmigen Spiegel 30a vorbei zur abzutastenden Teppichbahn gelangen kann.

Wenn in F ι g. 1 der Abstand a des Laserstrahls 19 /ur Drehachse 17 geringer gemacht wird, kann der Winkel ·-» entsprechend größer gewählt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

20

JO

60

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Drehspiegelanordnung zur Erzeugung eines parallel zu sich selbst sprunghaft aufeinanderfolgende Abtastlagen einnehmenden Lichtstrahls, deren Drehkörper senkrecht zur Drehachse ausgerichtete, in Achsrichtung und Umfangsrichtung versetzt angeordnete Planspiegel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Einfallsstrahl (19) und Reflexionsstrahl (H", 12", 13", 14", 15", 16") gebildete Ebene einen Abstand (a)von der Drehachse (17) aufweist

2. Drehspiegelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Spiegel (9,10,11,12, 13,14,15,16) gleich groß sind.

3. Drehspiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand der Spiegelflächen αϊ wesentlichen gleich der Dicke der Spiegel (9,10,11,12,13,14,15,56) ist.

4. Drehspiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle axial aufeinanderfolgenden Spiegel (9,10,11,12, 13,14,15,16) den gleichen Winkelabstand haben.

5. Drehspiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) derart eng schraubenlinienförmig angeordnet sind, daß der Lichtstrahl (19) unter einem Winkel (λ) von etwa 45° auf die Spiegel; -fireffen kann.

6. Drchspiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (19) in der Seitenansicht des Drehkörpers (18) durch die axiale Mitte ₍ M) der Längserstreckung (b) der Drehsniegelanordnung (11 — 16. 18) hindurchgeht.

7. Drehspiegelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Planspiegel (9,10. U, 12,13,14. 15,16) einander überlappen.