DE4128468A1 - Vorrichtung zur strahlteilung - Google Patents

Vorrichtung zur strahlteilung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Reproduktionstechnik und betrifft eine Vorrichtung zur Teilung eines Lichtstrahls in zwei Teilstrahlen, die einen eine polarisierende Schicht aufweisenden Polarisations-Strahlteiler aufweist.
Eine solche Vorrichtung zur Strahlteilung kann beispielsweise in einer Lichtstrahl-Abtasteinrichtung für Vorlagen-Abtastgeräte oder für Aufzeichnungsgeräte Anwendung finden.
Bei einem Vorlagen-Abtastgerät, auch Eingabe-Scanner genannt, wird der Lichtstrahl punkt- und zeilenweise über die abzutastende Vorlage geführt und das von der Vorlage reflektierte oder durchgelassene Abtastlicht in einem opto-elektronischen Wandler in ein Bildsignal umgewandelt. Bei einem Aufzeichnungsgerät, auch Recorder, Belichter oder Ausgabe-Scanner genannt, wird der Lichtstrahl zur Aufzeichnung von Information durch ein Bildsignal intensitätsmoduliert und punkt- und zeilenweise über ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium geführt.
Im Falle eines Flachbett-Gerätes ist die Halterung für die Vorlage bzw. das Aufzeichnungsmedium eine ebene Fläche, über die der Lichtstrahl punkt- und zeilenweise geführt wird und die sich relativ zur Lichtstrahl-Abtastvorrichtung bewegt.
Im Falle eines Innentrommel-Gerätes ist die Halterung für die Vorlage bzw. das Aufzeichnungsmedium als stationäre Halbschale oder Mulde ausgebildet. Die Lichtstrahl-Abtastvorrichtung bewegt sich parallel zur Längsachse der Halbschale oder Mulde, und der Lichtstrahl wird senkrecht zur Längsachse radial über die Vorlage bzw. das Aufzeichnungsmedium geführt.
Eine Vorrichtung zur Strahlteilung ist beispielsweise aus der EP-A-03 54 028 bekannt, in der ein Innentrommel-Belichter beschrieben ist. Mit der dort angegebenen Vorrichtung ist es möglich, die Teilstrahlen derart auszurichten, daß sie einen Versatz von etwa 180° aufweisen. Dadurch kann bei Rotation der Vorrichtung in der Innentrommel eine zweifache Strahlablenkung erreicht werden, um dadurch die Aufzeichnungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Eine andere Vorrichtung zur Strahlteilung mit einem Polarisations-Strahlteiler, bei dem als Träger für die polarisierende Schicht ein Prisma verwendet wird, ist aus der DE-C-39 18 075 bekannt. Durch die Kombination von Reflektions- und Brechungs-Eigenschaften ist es mit Hilfe dieses Prismas möglich, einen Licht­ strahl in eine vorgegebene Richtung zu lenken.
Aus der EP-B-01 26 469 ist es bekannt, die Ablenkung von Lichtstrahlen über eine Innentrommel mit einem rotierenden Spiegel durchzuführen. Mit Hilfe des Spiegels ist es möglich, einen Nutzbereich von 1200 zu belichten.
Eine weitere Vorrichtung zur Strahlablenkung bei Innentrommel-Belichtern ist aus der WO 90/15 355 bekannt. Zur Vermeidung der Auswirkungen von Störungen sind hier an einer rotierenden Welle zwei Reflektionsflächen angeordnet, von denen die einer Strahlquelle zugewandte erste Reflektions­ fläche die Lichtstrahlung in Richtung auf die zweite Reflektionsfläche lenkt und diese den Lichtstrahl auf ein zu belichtendes Material ausrichtet.
Aus der US-A-48 78 720 sind unterschiedliche Prismenformen bekannt, die jedoch zu langen Laufwegen der Lichtstrahlung innerhalb des Prismas führen und deshalb zur Vermeidung von Beeinträchtigungen der Übertragungs­ qualität sehr hochwertige und reine Gläser erfordern.
Mit Hilfe der bekannten Vorrichtungen ist es nicht möglich, einen Strahlteiler derart zu realisieren, daß er sowohl konstruktiv einfach aufgebaut ist als auch eine qualitativ hochwertige Strahlübertragung gewährleistet.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine qualitativ hochwertige Strahlteilung bei Gewährleistung einer kompakten Anordnung ermöglicht wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Strahlteilungs-Vorrichtung, und
Fig. 2 ein Anwendungsbeispiel für die Strahlteiler-Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Strahlteilungs-Vorrichtung, in der ein Lichtstrahl (1) in zwei Teilstrahlen (2, 3) mittels eines Polarisations-Strahl­ teilers (4) aufgespalten wird. Der Polarisations-Strahlteiler (4) weist eine polarisierende Schicht (5) auf, von der ein polarisierter Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung reflektiert oder durchgelassen wird.
Eine Lichtquelle (7), die beispielsweise eine Halbleiter-Laserdiode ist, erzeugt den linear polarisierten Lichtstrahl (1). Grundsätzlich kann auch jede andere Lichtquelle, die einen nichtpolarisierten Lichtstrahl erzeugt, in Verbindung mit einem Polarisator verwendet werden, um einen linear polarisierten Lichtstrahl zu erzeugen. Der von der Lichtquelle (7) generierte Lichtstrahl (1) wird zunächst einem Linsensystem (8) zugeführt, welches den Lichtstrahl in Richtung einer Strahlenachse (9) bündelt. Der gebündelte, linear polarisierte Lichtstrahl (1) fällt dann auf einen Phasentransformator (10), in dem die lineare Polarisation in eine zirkulare Polarisation umgewandelt wird. Der Phasentransformator (10) ist beispielsweise eine λ/4-Platte. Die λ/4-Platte weist eine kristalline Struktur auf. In Kristallen ist die Geschwindigkeit der Licht­ ausbreitung von den Orientierungen der Kristallachsen abhängig. Hieraus resultieren in Abhängigkeit von der Orientierung der Lichtkomponenten unterschiedliche Durchlaufzeiten, die zur Transformation der linearen Polarisation in eine zirkulare Polarisation genutzt werden können.
Statt der λ/4-Platte ist es auch möglich, andersartig ausgebildete Phasen­ transformatoren zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, einen magneto- optischen Wandler unter Ausnutzung des Faraday-Effektes, ein Fresnel-Prisma oder eine Schicht aus einem doppelbrechenden Material (Kunststoff, flüssige Kristalle usw.) zu verwenden.
Zur Vermeidung von komplizierten mechanischen Justierungen ist hinter dem Phasentransformator (10) eine Keilplatte (11) mit einer zur Strahlenachse (9) geneigten Eintrittsfläche (12) angeordnet. Bei Änderung des Neigungswinkels der Eintrittsfläche (12) durch Drehen der Keilplatte (11) kann eine Fein­ justierung der Ausrichtung der Teilstrahlen (2, 3) vorgenommen werden. Insbesondere ist es möglich, die Keilplatte (11) derart auszubilden, daß bei Verdrehen der Keilplatte (11) um etwa 10° die Positionierung der Teil­ strahlen (2, 3) zueinander im Bereich einer Projektionsfläche (13) lediglich etwa um einige Mikrometer variiert.
Der zirkular polarisierte und justierte Lichtstrahl (1) fällt auf eine um die Strahlenachse (9) rotierende Ablenkeinheit (14), in welche der Lichtstrahl (1) in die radial zur Strahlenachse (9) verlaufenden und um die Strahlenachse (9) rotierenden Teilstrahlen (2, 3) zerlegt wird.
Die Rotation der Ablenkeinheit (14) erfolgt mittels eines Motors (15). Um gute Gleichlauf-Eigenschaften zu erreichen, wird die Ablenkeinheit (14) vorzugs­ weise in Luftlagern gelagert.
In der Ablenkeinheit (14) sind der Polarisations-Strahlteiler (4), ein weiterer Phasentransformator (16), ein Spiegel (17) und Linsen (18, 19) angeordnet. Polarisations-Strahlteiler (4), Phasentransformator (16) und Spiegel (17) können zu einer kompakten Einheit, z. B. durch Klebung, verbunden sein. Alternativ kann auch die Keilplatte (11) Bestandteil der Ablenkeinheit (14) sein, um eine kompakte mechanische Einheit zu schaffen, deren Elemente geeignet justiert werden können. Der Spiegel (17) könnte auch stationär angeordnet werden.
Ein Teil des zirkular polarisierten Lichtstrahls (1) wird von der polarisierenden Schicht (5) des Polarisations-Strahlteilers (4) als senkrecht zur Strahlenachse (9) verlaufender Teilstrahl (2) reflektiert, der andere Teil als in Richtung der Strahlenachse (9) verlaufende Lichtkomponente (20) durch die polarisierende Schicht (5) hindurchgelassen, wodurch die Lichtleistung des Lichtstrahls (1) verlustfrei ungefähr halbiert wird. Durch die Zirkularpolarisation des Lichtstrahls (1) wird erreicht, daß die Polarisationswirkung der polarisierenden Schicht (5) unabhängig vom jeweiligen Drehwinkel der Ablenkeinheit (14) bzw. des Polarisations-Strahlteilers (4) ist. Der reflektierte Teilstrahl (2) und die durchgelassene Lichtkomponente (20) sind linear polarisiert. Die linear polarisierte Lichtkomponente (20) wird auf den Phasentransformator (16) geleitet, der wiederum als λ/4-Platte ausgebildet sein kann. Wenn die linear polarisierte Lichtkomponente (20) den Phasentransformator (16) in Richtung auf den Spiegel (17) durchläuft, wird die lineare Polarisation in eine zirkulare Polarisation umgewandelt. Die nunmehr zirkular polarisierte Lichtkom­ ponente (20) wird an dem Spiegel (17) reflektiert und durchläuft erneut den Phasentransformator (16) in entgegengesetzter Richtung, wodurch eine Drehung der Polarisation um 90° gegenüber der Polarisation der in Richtung des Spiegels (17) laufenden Lichtkomponente (20) erreicht wird. Hierdurch hat die λ/4-Platte die Wirkung einer λ/2-Platte, die dazu führt, daß die polari­ sierende Schicht (5) des Polarisations-Strahlteilers (4) bzgl. der vom Spiegel (17) reflektierten Lichtkomponente total reflektierende Eigenschaften aufweist. Dadurch wird die vom Spiegel (17) kommende Lichtkomponente (20) senkrecht zur Richtung der Strahlenachse (9) an der polarisierenden Fläche (5) total reflektiert.
Wenn die polarisierende Schicht (5) unter einem Winkel von etwa 45° zur Strahlenachse (9) angeordnet ist, treten die beiden Teilstrahlen (2, 3) in entgegengesetzten Richtungen aus dem Polarisations-Strahlteiler (4) aus.
Aufgrund der unterschiedlichen Durchlaufwege der Strahlkomponenten durch den Polarisations-Strahlteiler (4) weisen die Linsen (18, 19) unterschiedliche optische Eigenschaften auf. Insbesondere ist daran gedacht, die Linse (18) konvex und die Linse (19) konkav auszubilden. Prinzipiell ist es auch möglich, lediglich eine Linse vorzusehen, und die Fokussierung eines Teilstrahles (2, 3) nur mit Hilfe des Linsensystems (8) vorzunehmen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, mindestens eine der Linsen (18, 19) als optische Einheit mit dem Polarisations-Strahlteiler (4) auszubilden. Schließlich ist es auch denkbar, statt der Linsen (18, 19) den Spiegel (17) konvex zu gestalten, der den Strahlengang in geeigneter Weise fokussiert. Weiterhin kann auch die polarisierende Schicht (5) eine geeignete Wölbung zur Fokussierung erhalten. Die polari­ sierende Schicht (5) des Polarisations-Strahlteilers (4) wird in der Regel aus mehreren dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Brechungs-Indizes gebildet. Alternativ kann die polarisierende Schicht (5) aus einer polari­ sierenden Folie aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Als Träger für die polarisierende Schicht (5) kann eine Glasplatte oder, wie im Ausführungsbeispiel, ein Prisma (4) verwendet werden. Das Prisma (4) besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei Dreikantprismen (21, 22). Die polarisierende Schicht (5) ist im Bereich der einander zugewandten Begren­ zungsflächen der Dreikantprismen (21, 22) angeordnet. Prinzipiell ist es auch ausreichend, lediglich ein Dreikantprisma zu verwenden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Strahlteilung werden durch die Rotation der Ablenkeinheit (14) um die Strahlenachse (9) um 180° versetzte Teilstrahlen (2, 3) erzeugt, die um die Strahlenachse (9) rotieren. Wenn lediglich entsprechend versetzte, stationäre Teilstrahlen benötigt werden, kann die Ablenkeinheit (14) ortsfest angeordnet sein. In diesem Falle wird ein zu teilender Lichtstrahl (1) benötigt, der nicht mehr zirkular polarisiert, sondern lediglich linear mit einer Polarisationsrichtung von 45° polarisiert sein muß. In diesem Fall kann der die zirkulare Polarisation bewerkstelligende Phasentransformator (10) entfallen.
Fig. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Strahlteiler- Vorrichtung in einer Abtasteinrichtung (23) eines nach dem Innentrommel- Prinzip ausgebildeten Aufzeichnungsgerätes. Bei einem solchen Innen­ trommel-Recorder oder -Belichter ist das Aufzeichnungsmaterial (24) an der Innenwand einer halbschalenförmigen bzw. zylindersegmentartigen Halterung (25) befestigt. Die Abtasteinrichtung (23) rotiert um die Längsachse (26) der Halbschale bzw. des Zylindersegmentes. Die Abtastein­ richtung (23) weist die in Fig. 1 beschriebene und dargestellte Strahlteiler- Vorrichtung auf. Die Teilstrahlen (2, 3) werden von einem Videosignal helligkeitsmoduliert und zur punkt- und zeilenweisen Aufzeichnung von Information radial über das Aufzeichnungsmedium (23) gelenkt. Dazu bewegt sich die Abtasteinrichtung (23) entlang der Längsachse (26) mittels eines geeigneten, nicht dargestellten Antriebes. Durch die Zweistrahl-Aufzeichnung wird ein höherer Nutzungsgrad erreicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Strahlteilung kann in vorteilhafter­ weise sowohl bei Innentrommel-Geräten als auch bei Flachbett-Geräten verwendet werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei Vorlagen-Abtastern einzusetzen. In diesem Falle dienen die Teilstrahlen zur punkt- und zeilenweisen Beleuchtung der abgetasteten Vorlagen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Teilung eines Lichtstrahles in zwei Teilstrahlen mit einem eine polarisierende Schicht aufweisenden Polarisations-Strahlteiler (4), der einen einfallenden, polarisierten Lichtstrahl (1) je nach Polarisations­ richtung in eine von der polarisierenden Schicht (5) reflektierte Strahlenkomponente als ersten Teilstrahl (1) und eine durchgelassene Strahlenkomponente in Richtung einer Strahlenachse (9) zerlegt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - dem Polarisations-Strahlteiler (4) entlang der Strahlenachse (9) ein Phasentransformator (16) und ein Spiegel (17) nachgeschaltet sind,
  • - der Phasentransformator (16) beim Durchgang der durchgelassenen Strahlenkomponente (20) eine Transformation der linearen Polarisation in eine zirkulare Polarisation vornimmt,
  • - die zirkular polarisierte Strahlenkomponente (20) am Spiegel (17) reflektiert wird,
  • - der Phasentransformator (16) beim Durchgang der vom Spiegel (17) reflektierten Strahlenkomponente (20) eine Phasendrehung der Polarisation von 90° erzeugt, und
  • - die wieder auf den Polarisations-Strahlteiler (4) auftreffende Strahlenkomponente (20) an der polarisierenden Schicht (5) als zweiter Teilstrahl (2) total reflektiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Polarisations-Strahlteiler (4), der Phasentransformator (16) und der Spiegel (17) in fester Zuordnung zueinander um die Längs­ achse (9) rotierend angeordnet sind, um rotierende Teil­ strahlen (2, 3) zu erzeugen, und
  • - vor dem rotierenden Polarisations-Strahlteiler (4) ein weiterer Phasentransformator (10) auf der Strahlenachse (9) angeordnet ist, um die Polarisation des zur Strahlteilung verwendeten Licht­ strahles (1) in eine zirkulare Polarisation zu transformieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die polarisierende Schicht (5) des Polarisations-Strahlteilers (4) auf einer Glasplatte angebracht ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisations-Strahlteiler (4) als Prisma ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die polarisierende Schicht (5) des Polarisations-Strahlteilers (4) unter einem Winkel von etwa 45° zur Strahlenachse (9) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (4) aus zwei Dreikantprismen (21, 22) gebildet ist, zwischen denen sich ein Luftspalt erstreckt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (4) im wesentlichen als ein Dreikantprisma ausgebildet ist, das mit einer aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Brechungs- Indizes ausgebildeten Polarisationsschicht (5) versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentransformatoren (10, 16) als aus einem anisotopen oder kristallinen Material bestehenden λ/4-Platten ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Phasentransformatoren (10, 16) als Fresnel- Prisma ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Lichtstrahl (1) erzeugende Lichtquelle als ein linear polarisiertes Licht emittierender Halbleiter-Laser ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von unterschiedlichen optischen Weglängen mindestens eine Linse (18, 19) zur Fokussierung mindestens eines der Teilstrahlen (2, 3) relativ zu einer Projektionsfläche (13) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (18) als eine Konvex-Linse und die Linse (19) als eine Konkav-Linse ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Linsen (18, 19) an das Prisma (4) angeformt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Lichtstrahles (1) ein den Lichtstrahl (1) bündelndes Linsensystem (8) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrichtung der Teilstrahlen (2, 3) eine Keilplatte (11) vorgesehen ist, die bzgl. der Strahlenachse (9) drehbar gelagert ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (17) auf einer Glasplatte untergebracht ist, die mindestens auf einer Seite sphärisch gewölbt ist.
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