DE4128264A1 - Optical device for rotating a beam of light in a plane + - consists of an assembly of prisms rotated about an axis coincident with the incident ray. - Google Patents

Optical device for rotating a beam of light in a plane + - consists of an assembly of prisms rotated about an axis coincident with the incident ray.

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Abstract

A device consists of a first prism (1) of pentagonal form. A second prism (2a,2b) has two faces which abut against the faces (G1,G2) of the first prism whilst the other two main faces are at right angles to each other. A ray of light enters the first prism (2a) at right angles to the outer surface. This ray is split into two rays at the surfaces (G1) of the two prisms. One ray (E1) passes through the first prism (1), is then reflected at the outer surface and reflected again at the surface (G2). The ray (E2) which is split from the original ray is reflected by the surfaces of the second prism (2a,2b) and emerges in the direction (A2) at 180 deg to the direction (A). USE/ADVANTAGE - Optical scanning device with emergent rays lying in a fixed plane.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ablenken eines Strahlenbündels in einer Ebene, mit einem ersten Prisma, das das abzulenkende Strahlenbün­ del durch mehrere Reflexionen an verspiegelten Flächen und/oder durch Totalreflexion mit einem Ablenkungswin­ kel von 90° ablenkt, und mit einer Dreheinrichtung, die das Prisma um die Achse des Eintrittsbündels dreht, so daß das vom Prisma um 90° abgelenkte Strahlenbündel in einer Scan-Ebene abgelenkt wird. The invention relates to a device for Deflect a beam in a plane with a first prism, which is the radiation beam to be deflected del through multiple reflections on mirrored surfaces and / or by total reflection with a deflection win angle of 90 °, and with a rotating device that the prism rotates about the axis of the entrance bundle, so that the beam deflected by the prism by 90 ° in a scan plane is deflected.  

Derartige Vorrichtungen werden in Verbindung mit einem sogenannten F/R-Objektiv in den verschiedensten Scan-Vorrichtungen, wie beispielsweise in Satz-Belich­ tungsgeräten eingesetzt. Sie haben gegenüber Vorrich­ tungen, die mit sogenannten Polygon-Scannern arbeiten, den Vorteil, daß sogenannte Wobbel-Bewegungen um die Drehachse zu einem geringeren Fehler als bei Polygon- Scannern führen. Nachteilig bei den bekannten Vorrich­ tungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist jedoch, daß - anders als bei sogenannten Polygon- Scannern - bei jeder Drehung des Prismas lediglich ein nutzbarer Scanner-Strahl zur Verfügung steht. Um hohe Abtastgeschwindigkeiten zu erreichen, war man deshalb in der Vergangenheit bemüht, F/R-Objektive mit einem großen Bildwinkel zu verwenden. F/R-Objektive mit einem großen Bildwinkel sind jedoch aufwendig und damit teuer in der Herstellung. Dennoch läßt sich durch die Verwen­ dung derartiger Objektive die Abtastgeschwindigkeit bzw. die Abtastleistung nur begrenzt steigern.Such devices are used in conjunction with a so-called F / R lens in various Scanning devices, such as in Satz-Belich used equipment. You have Vorrich lines that work with so-called polygon scanners, the advantage that so-called wobble movements around the Axis of rotation to a lower error than with polygon Scanners. A disadvantage of the known Vorrich lines according to the preamble of claim 1 however, that - unlike so-called polygon- Scanners - only one with each rotation of the prism usable scanner beam is available. To high One was therefore to reach scanning speeds tried in the past to use F / R lenses with a large angle of view to use. F / R lenses with one however, large picture angles are complex and therefore expensive in production. Nevertheless, by using it of such lenses the scanning speed or increase the scanning power only to a limited extent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Ablenken eines Strahlenbündels in einer Ebene mit einem Prisma, das das ablenkende Strahlenbündel durch mehrere Reflexionen um 90° ablenkt, derart wei­ terzubilden, daß auch ohne die Verwendung eines F/R- Objektives mit einem großen Bildwinkel und ohne Steige­ rung der Drehzahl des Prismas die Abtastgeschwindigkeit bzw. die Abtastleistung gegenüber bekannten gattungsge­ mäßen Vorrichtungen wesentlich erhöht wird.The invention has for its object a Vorrich device for deflecting a beam in one plane with a prism that is the deflecting beam distracted by several reflections by 90 °, so white that even without the use of an F / R Lenses with a wide angle of view and without a crate the speed of the prism the scanning speed or the scanning power compared to known genus moderate devices is significantly increased.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Zum Teil selbständige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 f. gekennzeichnet.An inventive solution to this problem is in Claim 1 specified. Partly self-employed Developments of the invention are in the claims  2 f. featured.

Erfindungsgemäß ist ein zweites Prisma vorgesehen, das ein zweites Eintrittsbündel, dessen Achse mit der Achse des ersten Eintrittsbündels kollinear ist, mit einem Ablenkungswinkel von 90° in die Scan-Ebene ablenkt, in der das Austrittsbündel des zweiten Prismas mit dem ersten Austrittsbündel einen Winkel ungleich null Grad einschließt. Die Dreheinrichtung dreht das erfindungs­ gemäß vorgesehene zweite Prisma gemeinsam mit dem ersten Prisma um die gleiche Drehachse, d. h. die Achse der beiden Eintrittsbündel.According to the invention, a second prism is provided, which a second entrance bundle, its axis with the axis of the first entry bundle is collinear, with a Deflection angle of 90 ° into the scan plane, in which the exit bundle of the second prism with the first exit bundle an angle not equal to zero degrees includes. The rotating device turns the invention according to the intended second prism together with the first prism about the same axis of rotation, d. H. the axis of the two entrance bundles.

Hierdurch erhält man - ohne daß es erforderlich wäre, den Bildwinkel des F-R-Objektivs oder die Drehzahl der Dreheinrichtung zu erhöhen - die doppelte Abtast­ leistung wie bei bekannten gattungsgemäßen Vorrich­ tungen.In this way you get - without it being necessary the angle of view of the F-R lens or the speed of the Increase rotating device - double the scanning performance as with known generic Vorrich exercises.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden Austrittsbündel in der Scan-Ebene einen Winkel von 180° einschließen. Bei einer derartigen Ausbildung erhält man einen in gleichen seitlichen Abständen auftreten­ den "nutzbaren" Scan-Strahl, so daß die Ansteuerung der nachfolgenden Einheiten, wie beispielsweise eine Vor­ schubeinrichtung für die abzutastende Fläche, verein­ facht wird.It is particularly advantageous if the two Exit bundle in the scan plane an angle of 180 ° lock in. With such training receives one occur at equal lateral distances the "usable" scan beam, so that the control of the subsequent units, such as a pre pushing device for the area to be scanned, united is fold.

Die beiden Eintrittsbündel können von derselben Seite oder von gegenüberliegenden Seiten (Anspruch 3) in die beiden Prismen eintreten.The two entrance bundles can be from the same side or from opposite sides (claim 3) in the enter both prisms.

Im letzteren Fall ist es möglich, die beiden Eintritts­ bündel aus einem einzigen Lichtstrahl, beispielsweise einem Laserstrahl, durch ein Tripelprisma zu erzeugen.In the latter case it is possible to enter the two bundles of a single light beam, for example  a laser beam through a triple prism.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 5 angegeben. Gemäß dieser Weiterbildung weist das zweite Prisma wenigstens eine Fläche auf, die parallel zu einer Fläche des ersten Prismas ist. Hier­ durch können die beiden Prismen nicht nur einfach miteinander verkittet werden, so daß sich eine kompakte und leicht von der Dreheinrichtung zu drehende Prismeneinheit ergibt; vor allem ist es auch möglich, ein Eintrittsbündel zur Strahlteilung an einer der parallelen Flächen zu erzeugen (Anspruch 6).A particularly advantageous development of the invention is specified in claim 5. According to this training the second prism has at least one surface that is parallel to a surface of the first prism. Here through the two prisms can not only be simple be cemented together so that there is a compact and easily rotated by the rotating device Prism unit results; above all, it is also possible an entrance bundle for beam splitting on one of the to produce parallel surfaces (claim 6).

In dem Falle, daß wenn eines der beiden Prismen das Eintrittsbündel von der gegenüberliegenden Seite ein­ treten muß, ist es dann lediglich erforderlich, zusätz­ lich einen Repro-Reflektor vorzusehen, der das durch Strahlteilung an einer der parallelen Flächen erzeugte Bündel in sich selbst zurückreflektiert.In the event that if one of the two prisms the Entry bundles from the opposite side then it is only necessary to kick additional Lich to provide a repro reflector that through Beam splitting generated on one of the parallel surfaces Bundle reflected back into itself.

Als erstes Prisma können im Prinzip beliebige Prismen, beispielsweise ein Pentaprisma (Anspruch 7), ein Wo­ lastonprisma (Anspruch 8) und insbesondere ein Wol­ astonprisma erster Art (Anspruch 9) verwendet werden.In principle, any prisms, for example a pentaprism (claim 7), a wo lastonprisma (claim 8) and in particular a Wol astonprisma of the first kind (claim 9) can be used.

In jedem Fall ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn das zweite Prisma weitgehend komplementär zu dem ersten Prisma ausgebildet ist und insbesondere zwei Flächen aufweist, die parallel zu Flächen des ersten Prismas sind (Anspruch 10). In diesem Falle ist es weiterhin von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 11 wenig­ stens eine Fläche der parallelen Flächen eine Fläche ist, an der das Bündel im ersten Prisma reflektiert wird, und wenn im zweiten Prisma das Bündel an dieser zur Fläche des ersten Prismas parallelen Fläche eben­ falls reflektiert wird und koaxial mit dem Bündel im ersten Prisma verläuft.In any case, it is of particular advantage if the second prism is largely complementary to that is formed first prism and in particular two Has surfaces parallel to surfaces of the first Prisms are (claim 10). In this case it is further advantageous if little according to claim 11 at least one surface of the parallel surfaces is one surface at which the bundle is reflected in the first prism and if in the second prism the bundle on this  plane parallel to the surface of the first prism if reflected and coaxial with the bundle in the first prism runs.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den weiteren Vorteil, daß der gemeinsame Schwerpunkt der beiden Prismen ohne weitere Maßnahmen bereits nahe an der Drehachse liegt. Darüberhinaus kann der Schwerpunkt in die Drehachse gelegt werden, wenn zusätzlich optisch funktionslose Glaskörper vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, daß auf beiden Seiten der Drehachse gleiche Gewichte vorhanden sind.The device according to the invention has the further Advantage that the common focus of the two Prisms already close to the without further measures Axis of rotation lies. In addition, the focus can be in the axis of rotation can be placed if additionally visually inoperative vitreous bodies are provided that such are arranged that on both sides of the axis of rotation same weights are available.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er­ findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:The invention is hereinafter without limitation general inventive concept based on execution examples with reference to the drawing exempla risch described on the rest of the Revelation of all not explained in the text explicitly referenced details becomes. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel der Erfindung, und Fig. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of the invention, and

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 shows a longitudinal section through a second example Ausfüh approximately the invention.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem das erste Prisma ein Pentaprisma 1 ist, an das ein aus zwei Teilen 2a und 2b bestehendes zwei­ tes Prisma angekittet ist. Zusätzlich sind optisch funktionslose Glaskörper 3 und 4 vorgesehen. Ein Ein­ trittsbündel E tritt in das zweite Prisma 2a ein. An der teilreflektierenden Grenzfläche G1 zwischen dem zweiten und dem ersten Prisma wird das Eintrittsbündel E zum Teil (E2) reflektiert; der andere - bevorzugt gleich große - Teil E1 tritt in das erste, als Pentaprisma ausgebildete Prisma über und wird dort in an sich bekannter Weise um 90° abgelenkt und verläßt dieses als erstes Austrittsbündel A1 durch den optisch funktionslosen Glaskörper 3, der lediglich zum Gewichts­ ausgleich vorgesehen ist. Fig. 1 shows a first embodiment of the inven tion, in which the first prism is a pentaprism 1 , to which a two-part 2 a and 2 b consisting of two th prism is cemented. In addition, optically non-functional glass bodies 3 and 4 are provided. An entrance bundle E enters the second prism 2 a. At the partially reflecting interface G 1 between the second and the first prism, the entrance beam E is partly reflected (E 2 ); the other - preferably the same size - part E 1 passes into the first prism designed as a pentaprism and is deflected there in a manner known per se by 90 ° and leaves it as the first exit bundle A 1 through the optically non-functional glass body 3 , which is used only for Weight compensation is provided.

Das in das zweite Prisma 2 zurückreflektierte Ein­ trittsbündel E2 wird in diesem zweimal an den Grenzflächen dieses Prismas gegen Luft total und einmal an der verspiegelten Grenzfläche dieses Prismas zum ersten Prisma reflektiert und verläßt das zweite Prisma als Austrittsbündel A2. Da die beiden Austrittsbündel A1 und A2 koaxial sind, werden sie bei einer Drehung der in Fig. 1 dargestellten Prismeneinheit um die Achse des Eintrittsbündels E in derselben Scan-Ebene abge­ lenkt.The reflected back into the second prism 2 A bundle of steps E 2 is totally reflected in this twice at the interfaces of this prism against air and once at the mirrored interface of this prism to the first prism and leaves the second prism as an exit bundle A 2 . Since the two exit bundles A 1 and A 2 are coaxial, they are deflected when the prism unit shown in FIG. 1 rotates about the axis of the entrance bundle E in the same scan plane.

Der Glaskörper E4 kann optional vorgesehen sein, so daß die Gewichte auf beiden Seiten der Drehachse gleich sind.The glass body E 4 can optionally be provided so that the weights are the same on both sides of the axis of rotation.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem das erste Prisma 1 kein Pentaprisma, sondern ein Wolastonprisma erster Art ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Eintrittsbündel E1 und E2 entweder von gegenüberliegenden Seiten zugeführt werden; ferner ist es auch möglich, ein einziges Ein­ trittsbündel E2 zu verwenden, das an der teil­ reflektierenden Grenzfläche G1 zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma teilreflektiert wird. Durch ein mitlaufendes Tripelprisma wird der in das erste Prisma eintretende Strahl in sich selbst zurückreflektiert, so daß er erneut an der Grenzfläche G1 reflektiert wird und das Wolastonprisma in an sich bekannter Weise durchläuft. Fig. 2 shows a second embodiment of the inven tion, in which the first prism 1 is not a pentaprism, but a Wolaston prism of the first kind. In this embodiment, the entrance bundles E 1 and E 2 can either be fed from opposite sides; it is also possible to use a single step bundle E 2 , which is partially reflected at the partially reflecting interface G 1 between the first and the second prism. The beam entering the first prism is reflected back in itself by a traveling triple prism, so that it is reflected again at the interface G 1 and passes through the Wolaston prism in a manner known per se.

Im übrigen wird bezüglich weiterer Einzelheiten auf Fig. 2 verwiesen.Otherwise, reference is made to FIG. 2 for further details.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel treten die Aus­ trittsstrahlen A1 und A2 koaxial auf, so daß sie bei einer Drehung der Prismeneinheit um die Achse der Eintrittsbündel E1 bzw. E2 in der gleichen Scan-Ebene abgelenkt werden.Also in this embodiment, the exit rays A 1 and A 2 occur coaxially, so that they are deflected when the prism unit rotates about the axis of the entrance bundles E 1 and E 2 in the same scan plane.

Durch eine entsprechende Bemessung des Reflexionsgrades der teilreflektierenden Fläche G1 ist es möglich, die Intensitäten der Austrittsbündel A1 und A2 gleich zu wählen.By appropriately dimensioning the reflectance of the partially reflecting surface G 1 , it is possible to choose the intensities of the exit beams A 1 and A 2 equally.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Ablenken eines Strahlenbündels in einer Ebene,
mit einem (ersten) Prisma, das das abzulenkende Strah­ lenbündel (erstes Eintrittsbündel) durch Reflexion an verspiegelten Flächen und/oder durch Totalreflexion mit einem Ablenkungswinkel von 90° ablenkt, und
mit einer Dreheinrichtung, die das (erste) Prisma um die Achse des Eintrittsbündels dreht, so daß das vom Prisma um 90° abgelenkte Strahlenbündel (erstes Aus­ trittsbündel) in einer Scan-Ebene abgelenkt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein zweites Prisma vorgese­ hen ist, das ein zweites Eintrittsbündel, dessen Achse mit der Achse des ersten Eintrittsbündels koinzident ist, mit einem Ablenkungswinkel von 90° in die Scan- Ebene ablenkt, in der das Austrittsbündel des zweiten Prismas mit dem ersten Austrittsbündel einen Winkel ungleich 0° einschließt, und
daß die Dreheinrichtung das zweite Prisma gemeinsam mit dem ersten Prisma um die gleiche Achse dreht.1. device for deflecting a beam in one plane,
with a (first) prism which deflects the beam to be deflected (first entry beam) by reflection on mirrored surfaces and / or by total reflection with a deflection angle of 90 °, and
with a rotating device which rotates the (first) prism about the axis of the entrance beam, so that the beam deflected by the prism by 90 ° (first exit beam) is deflected in a scanning plane,
characterized,
that a second prism is hen, which deflects a second entrance bundle, the axis of which is coincident with the axis of the first entrance bundle, with a deflection angle of 90 ° into the scan plane, in which the exit bundle of the second prism makes an angle with the first exit bundle not equal to 0 °, and
that the rotating device rotates the second prism together with the first prism about the same axis. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Austrittsbündel einen Winkel von 180° einschließen.2. Device according to claim 1, characterized in that the two exit bundles enclose an angle of 180 °. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eintrittsbündel von gegenüberliegenden Seiten in die beiden Prismen eintreten. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the two entrance bundles from opposite sides into the two prisms enter.   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der beiden Eintrittsbündel ein Tripelprisma vorgesehen ist.4. The device according to claim 3, characterized in that to produce the two A triple prism is provided for the entrance bundle. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Prisma wenig­ stens eine Fläche aufweist, die parallel zu einer Fläche des ersten Prismas ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second prism little least has an area parallel to one Area of the first prism. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5 in Verbindung mit An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eintrittsbündel durch Strahlteilung an einer der parallelen Flächen erzeugt werden.6. The device according to claim 5 in connection with say 1 or 2, characterized in that the two entrance bundles by beam splitting on one of the parallel surfaces be generated. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Prisma ein Pentaprisma ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first prism Pentaprism is. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Prisma ein Wo­ lastonprisma ist.8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first prism is a Wo is laston prism. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolastonprisma ein Wolastonprisma erster Art ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the Wolaston prism Wolaston prism is of the first kind. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Prisma zwei Flächen aufweist, die parallel zu Flächen des ersten Prismas sind.10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the second prism two Has surfaces parallel to surfaces of the first Are prisms. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10 in Verbindung mit einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Fläche eine Fläche ist, an der das Bündel im ersten Prisma reflek­ tiert wird, und daß im zweiten Prisma das Bündel an dieser zur Fläche des ersten Prismas parallelen Fläche ebenfalls reflektiert und koaxial mit dem Bündel im ersten Prisma verläuft.11. The device according to claim 10 in connection with one of claims 7 to 9,  characterized in that at least one surface a Is the area where the bundle is reflected in the first prism is tiert, and that in the second prism on the bundle this surface parallel to the surface of the first prism also reflected and coaxial with the bundle in the first prism runs. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich optisch funkti­ onslose Glaskörper vorgesehen sind, die derart angeord­ net sind, daß auf beiden Seiten der Drehachse gleiche Gewichte vorhanden sind.12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that additionally optically functi onslos vitreous bodies are provided, which are arranged in this way are net that the same on both sides of the axis of rotation Weights are available.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19517629A1 (en) * 1995-05-13 1996-11-14 Hell Ag Linotype Beam deflector
EP1353210A2 (en) * 2002-03-30 2003-10-15 Leica Microsystems Heidelberg GmbH Microscope including a device to determine the light intensity of an illumination beam

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