DE3722085A1 - Vorrichtung zum einstellen und umlenken von (licht-)strahlen - Google Patents

Vorrichtung zum einstellen und umlenken von (licht-)strahlen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtstrahllagen-Einstellvor­ richtung für eine(n) Strahlumlenkeinheit oder -deflektor.
Ein Beispiel für eine bisherige Lichtstrahllagen-Einstell­ vorrichtung für einen Strahldeflektor ist im folgenden anhand von Fig. 1 beschrieben.
Gemäß Fig. 1 werden von Lichtquellen 11 und 12 emittierte Lichtstrahlen 1 und 2 durch Kondensorlinsen 13 bzw. 14 kollimiert und jeweils durch bewegliche Reflektoren 5 (und 6) reflektiert. Die so kollimierten Lichtstrahlen 1 und 2 werden auf einen Strahlteiler 15 geworfen und durch diesen zusammen oder gemeinsam in Strahlen, die zu einem Strahldeflektor 16 laufen, und Strahlen, die auf Photo­ detektoren 3 und 4 geworfen werden, aufgeteilt. Der Strahl­ deflektor (bzw. die Strahlumlenkeinheit) 16 ist ein rotierender Polygonalspiegel. Die zum Strahldeflektor 16 gerichteten Strahlen werden nach Reflexion durch eine f-R- Linse 17 o. dgl. auf eine Trommel 18 fokussiert, so daß bei der Drehung des Strahlreflektors 16 zwei Abtastzeilen festgelegt werden. Andererseits werden die auf die Photo­ detektoren 3 und 4 gerichteten Strahlen ebenfalls durch eine Fokussierlinse 19 auf die Photodetektoren 3 und 4 fokussiert. Die Photodetektoren 3 und 4 bilden einen Stellungs- oder Lagenmeßfühler zum Konstanthalten der Relativstellung der beiden Lichtquellen 11 und 12. Die Oberfläche der Trommel 18 und die Photodetektoren 3 und 4 liegen jeweils in den Brennebenen der Linsensysteme 17 bzw. 19. Die Strahldurchmesser und der Strahlabstand auf der Trommel 18 sind denen auf den Photodetektoren 3 bzw. 4 gleich. Um die Strahlen 1 und 2 auf der Trommel 18 nebeneinander zu positionieren, werden die Strahlen auf den Photodetektoren 3 und 4 nebeneinander positioniert.
Wenn die Strahlen 1 und 2 auf den Photodetektoren 3 und 4 (zueinander) versetzt sind, wird das Differentialausgangs­ signal der Photodetektoren 3, 4 einer Servoschaltung 23 eingespeist, die ein entsprechendes Servosignal abgibt, welches Stelltriebe (7, 8) zum Bewegen der beweglichen Reflektoren 5, 6 in der Weise betätigt, daß die Lagen der Strahlen 1 und 2 auf den Photodetektoren 3, 4 korrigiert werden.
Ein bisheriges Verfahren zum Positionieren der Strahlen auf den Photodetektoren ist in Fig. 2 dargestellt. Wenn ein Haupt(strom)schalter geöffnet ist, sind die Lagen der Strahlen 1 und 2 nicht konstant. Beim Schließen des Haupt­ schalters arbeitet die Servoschaltung 23 zur Einstellung der Anlegung der Ausgangssignale von den Photodetektoren 3, 4 an die beweglichen Reflektoren 5, 6 und zum Bewegen der letzteren in der Weise, daß der erste Strahl 1 auf den ersten Photodetektor 3, der den Strahl 1 empfangen soll, und der zweite Strahl 2 auf den zweiten Photodetektor 4, der den zweiten Strahl 2 empfangen soll, gerichtet werden. Wenn die Photodetektoren 3, 4 die Strahlen erfassen, wird die Servoschaltung 23 so betätigt, daß die beweglichen Reflektoren 5, 6 entsprechend den Ausgangssignalen von den Photodetektoren 3, 4 bewegt oder verschoben werden. Diese Operation erfolgt jedoch auch dann, wenn der erste Strahl 1 auf den zweiten Photodetektor 4 geworfen wird, während der zweite Strahl 2 auf den ersten Photodetektor 3 fällt. Diese Fehlbetätigung kann nach einer Methode ausgeschaltet werden, bei der vor dem Positionieren der Strahlen 1 und 2 auf den Photodetektoren 3 und 4 der Strahl 1 in eine Lage über dem ersten Photodetektor 3 und der zweite Strahl 2 in eine Lage unter dem zweiten Photodetektor 4 gebracht werden. Durch ein solches Vorgehen wird aber die Strahl­ positionieroperation entsprechend kompliziert.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vorrichtung zum Einstellen und Umlenken von (Licht)-Strahlen, insbesondere einer Strahllagen-Einstellvorrichtung, mit welcher Lichtstrahlen einfach positioniert oder ausgerichtet werden können, die sich kostensparend herstellen läßt und die eine hohe Betriebszuverlässigkeit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist eine Strahllagen-Einstellvorrichtung für eine Strahlumlenkvorrichtung, bei welcher mehrere Lichtstrahlen von mehreren Lichtquellen gleich­ zeitig über bewegliche Reflektoren auf einen Strahldeflektor geworfen werden, um durch diesen umgelenkt zu werden. Die so umgelenkten Lichtstrahlen werden zum Abtasten einer lichtempfindlichen Trommel fokussiert. Ein zwischen den Lichtquellen und dem Strahldeflektor angeordneter Strahl­ teiler teilt die Lichtstrahlen auf, wobei die so geteilten Lichtstrahlen für ihre Positionierung auf jeweils zugeordnete Photodetektoren geworfen werden. Die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung enthält ein an der Strahleinfall­ seite der Photodetektoren angeordnetes Filterelement, um die Lichtstrahlen selektiv auf die Photodetektoren zu richten.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung einer beispielhaften bisherigen Strahllagen-Einstell­ vorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung wesentlicher Bauteile der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Strahllagen-Einstellvorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung von Photodetek­ toren bei der Vorrichtung nach Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Abwandlung der Strahllagen-Einstell­ vorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung des Arbeitsprinzips der ersten Abwandlung nach Fig. 5 und
Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer zweiten bzw. einer dritten Abwandlung der Strahllagen-Einstellvorrichtung gemäß der Erfindung.
Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet.
Bei der Strahllagen-Einstellvorrichtung nach Fig. 3 und 4 sind zwei Lichtquellen 11 und 12 so angeordnet, daß ihre Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander liegen. Die selektive Polarisierung kann durch Anordnung von Pola­ risationsplatten oder -scheiben zwischen den Lichtquellen 11, 12 und dem Strahlteiler 15 erreicht werden. Die Polari­ sationsplatten oder -scheiben 20, 21 sind so vor den Photo­ detektoren 3 bzw. 4 angeordnet, daß sie in der Polarisations­ richtung mit den betreffenden Strahlen koinzidieren. Wenn ein Hauptschalter geschlossen wird, werden die Strahlen auf die folgende Weise auf die Photodetektoren 3, 4 gerichtet. Zunächst wird die Anlegung der Ausgangssignale von den Photodetektoren 3, 4 über die Servoschaltung 23 an die beweglichen Reflektoren 5 bzw. 6 eingestellt, und letztere werden in vorbestimmter Weise so bewegt oder verschoben, daß die Strahlen 1, 2 die beiden Photodetektoren 3, 4 kreuzen. Wenn die Strahlen 1, 2 durch die Photodetektoren 3, 4 erfaßt werden, werden die beweglichen Reflektoren 5, 6 durch Servosignale bewegt.
Jeder Photodetektor 3, 4 ist ein geteilter Detektor mit zwei parallelen Detektorabschnitten, deren Ausgangssignale getrennt an getrennte Abschnitte der Servosteuerschaltung 23 angelegt werden. Letztere ermittelt die Differenz aus den beiden Eingangssignalen und gibt ein Fehlersignal zu einem Motor (7 oder 8) zum Drehen des Reflektors 5 bzw. 6 aus. Aufgrund des Fehlersignals wird der Reflektor 5 oder 6 so gedreht, daß das Fehlersignal verkleinert wird. Dies bedeutet, daß die Servosteuerschaltung 23 den Reflektor 5 oder 6 so (ver)dreht, daß der jeweilige Strahl 1 bzw. 2 im Mittelbereich des Photodetektors 3 bzw. 4 zu liegen kommt.
Die den Photodetektoren 3 und 4 vorgeschalteten Polarisations­ platten 20 bzw. 21 lassen selektiv die beiden Strahlen 1, 2 zu den (jeweiligen) Photodetektoren durch. Infolge­ dessen beeinflussen die beiden Strahlen 1, 2 einander nicht, so daß der Strahlpositionier- oder -einstellvor­ gang sicher durchführbar ist.
Der Koinzidenzgrad in Polarisationsrichtung zwischen den Polarisationsplatten 20, 21 und den Strahlen sollte derart sein, daß der nicht gewählte Strahl durch den zugeordneten Photodetektor nicht erfaßt wird.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird einer der Strahlen unter Heranziehung der Differenz zwischen den Strahlen in der Polarisationsrichtung gewählt. Falls jedoch Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen eingesetzt werden, kann einer der Strahlen mittels eines Interferenzfilters gewählt werden. Die Strahlwellenlänge kann mittels Farbfiltern an den Lichtquellen 11, 12 oder durch Verwendung von Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionswellenlängen für die Lichtquellen 11, 12 bestimmt werden. Falls gemäß Fig. 5 ein Lichtstrahl 24 auf ein Interferenzfilter 23 einer Dicke d und eines Brechungsindex n unter einem Einfalls­ winkel R geworfen wird, bestimmt sich eine Wellenlänge λ, die einen maximalen Durchlaßgrad gewährleistet, zu:
λ = (2 · n · d · cos R)/m
(mit m = eine ganze Zahl).
Gemäß Fig. 6 ändert sich der Bereich der durchgelassenen Wellenlängen mit dem Reflexionsfaktor r der Innenfläche des Films. Dies bedeutet, daß die Differenz im Durchlaßgrad zwischen einer zu wählenden Wellenform und einer nicht zu wählenden Wellenform groß gehalten werden kann. In Fig. 6 sind die Kurve 25 für r = 0,2, die Kurve 26 für r = 0,7 und die Kurve 27 für r = 0,9 aufgetragen.
Anstelle des erwähnten Interferenzfilters kann auch ein Beugungsgitter verwendet werden. In diesem Fall wird gemäß Fig. 7 ein Beugungsgitter 28 eines Gitterabstands oder einer Gitterkonstante (grating period) von δ zwischen dem Strahlteiler 15 und der Fokussierlinse vor den Photo­ detektoren 3, 4 angeordnet. Wenn die Strahlen 1, 2 unter­ schiedliche Wellenlängen aufweisen, ändert sich der Abstand zwischen den Abbildungspunkten aufgrund der unterschiedlichen Beugungswinkel. Durch zweckmäßige Anordnung der Photodetektoren 3, 4 an den Abbildungspunkten der ge­ brochenen Strahlen in der Reihenfolge der Beugung kann daher eine gegenseitige Störung (Interferenz) der Strahlen 1 und 2 ausgeschaltet werden. Bei dieser Abwandlung sind die erforderlichen Bedingungen folgende:
|x₁-x₂| ≧ D
In obigen Formeln bedeuten: x₁ und x₂ = Versatz der Abbildungs­ punkte der Strahlen 1 und 2 von der optischen Achse 30 an den Anordnungsstellen der Photodetektoren 3 bzw. 4; D = Strahldurchmesser; l = Abstand zwischen dem Beugungsgitter 28 und den Photodetektoren 3, 4; sowie ΔR₁ und ΔR₂ = Änderungen oder Abweichungen der Einfalls­ winkel der Strahlen 1, 2 auf dem Beugungsgitter 28 gegen­ über der optischen Achse 30 (ΔR₁ ≃ 0 und ΔR₂ ≃ 0).
Weiterhin kann erfindungsgemäß anstelle des Beugungsgitters ein Prisma verwendet werden. In diesem Fall wird gemäß Fig. 8 ein Prisma 29 zwischen dem Strahlteiler 15 und der Fokussierlinse 19 vor den Photodetektoren 3, 4 angeordnet. Wenn die Strahlen 1, 2 unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, unterliegen sie beim Durchgang durch das Prisma 29 jeweils einem unterschiedlichen Brechungsindex. Infolge­ dessen ändert sich der Abstand zwischen den Abbildungs­ punkten der Strahlen. Die Photodetektoren 3, 4 sind auf den Abbildungspunkten angeordnet. Bei dieser Abwandlung sind die Bedingungen für die Ausschaltung einer gegenseitigen Störung (Interferenz) der Strahlen 1 und 2 folgende:
In den obigen Formeln bedeuten: x₁′ und x₂′ = Abstände der Abbildungspunkte der Strahlen 1 und 2 von der optischen Achse 31; D = Strahldurchmesser; l′ = Abstand zwischen dem Prisma 29 und den Photodetektoren 3, 4; sowie ΔΨ₁ und ΔΨ₂ = Änderungen oder Abweichungen der Einfallswinkel der Strahlen 1, 2 am Prisma gegenüber der optischen Achse (ΔΨ₁ ≃ 0 und ΔΨ₂ ≃ 0).
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, erfahren bei der erfindungsgemäßen Strahllagen-Einstellvorrichtung mehrere Lichtstrahlen keine gegenseitige Beeinflussung. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können daher die Strahlen beim Schließen des Hauptschalters (power switch) ohne weiteres oder sicher auf die Photodetektoren gerichtet werden. Außerdem ist diese Vorrichtung bei Gewähr­ leistung einer hohen Betriebszuverlässigkeit kostensparend herzustellen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Einstellen und Umlenken von (Licht)- Strahlen, gekennzeichnet durch
zwei Lichtquellen zur Lieferung eines ersten und eines zweiten Lichtstrahls,
eine(n) Umlenkeinheit oder Deflektor,
einen Aufzeichnungsträger,
einen Strahlteiler zum Aufteilen des ersten und des zweiten Lichtstrahls in einen dritten bzw. vierten Lichtstrahl, die zum Abtasten des Aufzeichnungsträgers auf den Deflektor geworfen werden, sowie in einen vierten bzw. fünften Lichtstrahl,
einen ersten und einen zweiten Strahllagendetektor sowie
eine zwischen Strahlteiler sowie erstem und zweitem Strahllagendetektor angeordnete Trenneinrichtung zum Trennen von viertem und fünftem Lichtstrahl, so daß sie jeweils auf ersten bzw. zweiten Strahllagendetektor fallen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Strahllagen-Einstellvorrichtungen zum jeweiligen Ein­ stellen der Positionen oder Lagen von erstem und zweitem Lichtstrahl in Abhängigkeit von den jeweiligen Aus­ gangssignalen von erstem und zweitem Strahllagen­ detektor.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahllagen-Einstellvorrichtungen zwei bewegliche Reflektoren sind, welche die jeweiligen Ausgangs­ signale der beiden Lichtquellen reflektieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zweiter (Licht)-Strahl unterschiedliche Polarisationseigenschaften aufweisen und die Trennein­ richtung erstem bzw. zweitem Lichtstrahllagendetektor vorgeschaltete Polarisationsplatten oder -scheiben verschiedener Polarisationseigenschaften umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zweiter (Licht)-Strahl unterschiedliche spektrale Eigenschaften aufweisen und die Trenneinrichtung die fünften und sechsten Lichtstrahlen entsprechend den spektralen Eigenschaften trennt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung erstem bzw. zweitem Strahl­ lagendetektor vorgeschaltete Farbfilter umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilter Interferenzfilter sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung ein Beugungsgitter aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung ein Prisma umfaßt.
DE19873722085 1986-07-04 1987-07-03 Vorrichtung zum einstellen und umlenken von (licht-)strahlen Granted DE3722085A1 (de)

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