DE4132025A1 - Lichtstrahl-ablenkvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Reproduktionstechnik und betrifft eine Vorrichtung zur Ablenkung einer optischen Strahlung, die aus mindestens einem Prisma mit mindestens einer Reflexionsfläche besteht, welche bezüglich einer Rotationsachse drehbar gelagert ist.

Lichtstrahl-Ablenkvorrichtungen finden beispielsweise in Abtastorganen von Vorlagen-Abtastgeräten oder in Aufzeichnungsorganen von Aufzeichnungs­ geräten Anwendung.

Bei einem Vorlagen-Abtastgerät, auch Eingabe-Scanner genannt, wird ein in einem Abtastorgan erzeugter Lichtstrahl punkt- und zeilenweise über eine abzutastende Vorlage geführt, und das von der Vorlage reflektierte oder durch­ gelassene Abtastlicht in einem optoelektronischen Wandler in ein Bildsignal umgewandelt. Bei einem Aufzeichnungsgerät, auch Recorder, Belichter oder Ausgabe-Scanner genannt, wird der in einem Aufzeichnungsorgan gewonnene Lichtstrahl zur Aufzeichnung von Information von einem Bildsignal intensitäts­ moduliert und punkt- und zeilenweise über ein lichtempfindliches Aufzeich­ nungsmaterial geführt.

Im Falle eines Flachbett-Gerätes ist die Halterung für die Vorlage bzw. das Aufzeichnungsmaterial eine ebene Fläche, über die der Lichtstrahl punkt- und zeilenweise geführt wird, und die sich relativ zum Abtastorgan bzw. Aufzeich­ nungsorgan bewegt.

Im Falle eines Innentrommel-Gerätes ist die Halterung für die Vorlage bzw. für das Aufzeichnungsmaterial als stationäre Halbschale oder Mulde ausgebildet. Das Abtastorgan bzw. Aufzeichnungsorgan bewegt sich parallel zur Längsachse der Halbschale, und der Lichtstrahl wird senkrecht zur Längsachse radial über die Vorlage bzw. das Aufzeichnungsmaterial in der Halbschale geführt.

Eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung mit einem Prisma ist aus der DE-C-39 18 075 bekannt. Ein einfallender Lichtstrahl wird hier zunächst über eine Lichteintritts­ fläche in das Prisma hineingeleitet und an einer Austrittsfläche einwärts reflek­ tiert. An einer weiteren Begrenzungsfläche erfolgt eine nochmalige Reflexion und bei Austritt des Lichtstrahls aus dem Prisma wird dieser gebrochen. Das Prisma weist bezüglich der Rotationsachse eine unsymmetrische Massenver­ teilung auf. Aufgrund der durch die unsymmetrische Massenverteilung bedingte Fliehkräfte kann diese Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung nur in einem begrenzten Drehzahlbereich betrieben werden. Aufgrund einer bezüglich der Drehachse unsymmetrischen Formgebung treten darüber hinaus bei höheren Drehzahlen erhebliche Luftturbulenzen auf, die eine Geräuschbildung zur Folge haben.

Eine andere Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung, die im wesentlichen aus einem Prisma besteht, ist aus der US-A-48 78 720 bekannt. Auch dort weist das Prisma eine ungünstige Formgebung sowie Massenverteilung auf, die zu erheblichen unsymmetrischen Fliehkräften sowie zu einer Geräuschbildung führt.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ablenkung einer optischen Strahlung so zu verbessern, daß sie mit hohen Drehzahlen betrieben werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung mit drei Prismen,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung mit zwei Prismen,

Fig. 3 eine Variante der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung nach Fig. 1 mit bezüg­ lich der Lichteintritts-Richtung geänderter Zuordnung von Reflexions­ fläche und Spiegelfläche,

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung und

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung mit drei Prismen. Die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Einlaß-Prisma (1) und einem Auslaß-Prisma (2). Zwischen den einander zugewandten Begrenzungsflächen von Einlaß-Prisma (1) und Auslaß-Prisma (2) befindet sich eine Reflexionsschicht (3) mit winkelabhängigen Reflexions­ eigenschaften. Das Einlaß-Prisma (1) weist außerdem eine Spiegelfläche (4) und eine Eintrittsfläche (5) auf, die im Ausführungsbeispiel senkrecht zu einer Licht­ eintritts-Richtung (6) ausgerichtet ist. Das Auslaß-Prisma (2) hat eine Austritts­ fläche (7), die senkrecht zu einer Lichtaustritts-Richtung (8) liegt. Die Reflexions­ schicht (3) schließt mit der Eintrittsfläche (5) einen Winkel (9) von etwa 45° bis 60°, vorzugsweise von etwa 50°, ein. Die Spiegelfläche (4) ist gegenüber der Lichteintritts-Richtung (6) um einen Winkel (10) geneigt, der im wesentlichen der Differenz des Winkels (9) zu 45° entspricht. Bei dieser Anordnung wird eine Orientierung der Lichteintritts-Richtung (6) zur Lichtaustritts-Richtung (8) von nahezu 90° erreicht.

Bei gleichen Materialen der Prismen (1, 2) ist die Reflexionsfläche (3) eine aus mehreren elektrischen Schichten bestehende Mehrfachschicht. Alternativ kann die Reflexionsfläche (3) als Luftspalt oder als Schicht mit niedrigem Brechungs­ index ausgebildet sein. Je nach Einfallswinkel einer Lichtstrahlung (11) auf die Reflexionsschicht (3) wird die Lichtstrahlung (11) entweder reflektiert oder transmittiert.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Einfallswinkel der durch die Ein­ trittsfläche (5) des Einlaß-Prismas (1) einfallende Lichtstrahlung (11) bezüglich der Reflexionsfläche (3) so gewählt, daß die Lichtstrahlung (11) zunächst an der Reflexionsfläche (3) in Richtung auf die Spiegelfläche (4) reflektiert wird. Die von der Spiegelfläche (4) zurückgeworfene Lichtstrahlung (11) fällt dann unter einen solchen Einfallswinkel auf die Reflexionsfläche (3), daß die Lichtstrahlung (11) von der Reflexionsfläche (3) durchgelassen und durch die Austrittsfläche (7) des Auslaß-Prismas (2) wieder aus der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung austritt. Auf diese Weise können geringe Durchlaufwege der Lichtstrahlung (11) durch die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung gewährleistet werden.

Eine bezüglich einer Rotationsachse (12) im wesentlichen symmetrische Masse­ verteilung wird durch ein Ausgleichs-Prisma (13) realisiert, das im Bereich der Spiegelfläche (4) angeordnet ist und gemeinsam mit dem Einlaß-Prisma (1) und dem Auslaß-Prisma (2) eine im wesentlichen quaderförmige Lichstrahl-Ablenk­ vorrichtung (14) bildet. Insbesondere ist daran gedacht, das Einlaß-Prisma (11), das Auslaß-Prisma (2) sowie das Ausgleichs-Prisma (13) als Dreikant-Prismen auszubilden, die miteinander verklebt sind. Zur Vermeidung von Verspannun­ gen, die aus einer großflächigen Verklebung resultieren könnten, ist insbesondere an eine punktweise Verklebung gedacht.

Die symmetrische Massenverteilung ermöglicht es, die Lichtstrahl-Ablenkvor­ richtung mit einer hohen Drehzahl rotieren zu lassen, ohne daß die dabei auf­ tretenden dynamischen Belastungen zu einer Zerstörung führen. Es werden insbesondere auch Schwingungen und Schwebungen vermieden, die aus Resonanzeffekten resultieren. Bei Ausbildung der Lichtstrahl-Ablenkvorrich­ tung, die sowohl eine bezüglich der Rotationsachse symmetrische Massen­ verteilung als auch eine weitgehend symmetrische Gestaltung aufweist, ist es darüber hinaus möglich, auftretende Luftturbulenzen zu reduzieren und hierdurch sowohl eine Geräuschbildung zu vermeiden als auch Laufunruhen, die aus Luftbewegungen resultieren, herabzusetzen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung mit einem Einlaß-Prisma (1) und einem Auslaß-Prisma (2), bei der, im Gegensatz zu der Vorrichtung in Fig. 1, das Ausgleichs-Prisma (13) weggelassen ist. Zur Schaf­ fung einer bezüglich der Rotationsachse (12) symmetrischen Massenverteilung ist das Auslaß-Prisma (2) so geformt, daß es das Einlaß-Prisma (1) zu einem symmetrischen Körper ergänzt. Dabei liegt die Austrittsfläche (7) nicht mehr senkrecht zur Lichtaustritts-Richtung (8), sondern hat eine gewisse Neigung. Es wird darüber hinaus die Anzahl der miteinander zu verbindenden Teile reduziert sowie die Dynamik der Lichtstrahl-Vorrichtung durch eine geringere Masse verbessert.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvor­ richtung, bei der der Einfallswinkel der durch die Eintrittsfläche (5) des Einlaß- Prismas (1) eintretende Lichtstrahlung (11) bezüglich der Reflexionsfläche (3) durch die geometrische Anordnung der Komponenten so gewählt ist, daß die Lichtstrahlung (11) zunächst durch die Reflexionsfläche (3) hindurchgelassen wird und auf die Spiegelfläche (4) fällt. Die von der Spiegelfläche (4) zurück­ geworfene Lichtstrahlung (11) fällt dann unter einem solchen Einfallswinkel erneut auf die Reflexionsfläche (3), daß die Lichtstrahlung (11) nunmehr reflektiert und zur Austrittsfläche (7) gelenkt wird.

Fig. 4 zeigt ein gegenüber der Fig. 3 geändertes Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung, bei der durch die geänderte geometrische Anordnung der Komponenten und durch die geänderte Ausbildung der Reflexionsfläche (3) als dielektrische Schicht eine Umkehrung der Reflexionseigenschaften erreicht wird.

Die Spiegelfläche (4) kann beispielsweise als eine metallische Bedampfung des Einlaß-Prismas (1) realisiert sein. Es ist aber auch möglich, beispielsweise eine Ausbildung als dielektrische Schicht vorzusehen oder eine Mehrschichtaus­ bildung zu realisieren. Die Prismen (1, 2, 13) können aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Eine Materialauswahl erfolgt in zweckmäßiger Weise in Abhängigkeit von der Wellenlänge der abzulenkenden optischen Strahlung. Neben einer Ausbildung aus Glas ist es beispielsweise möglich, für Infrarot- Anwendungen Germanium-Prismen zu verwenden. Grundsätzlich ist auch die Verwendung von transparenten Kunststoffen möglich. Das Ausgleichs-Prisma (13) kann auch aus einem nichttransparenten Material realisiert werden. Insbesondere ist es jedoch zweckmäßig, das Ausgleichs-Prisma (13) aus einem Material herzustellen, das im wesentlichen ähnliche thermische Ausdehnungs­ eigenschaften wie die Prismen (1, 2) aufweist.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 wurde von der Winkelabhängig­ keit der Reflexionseigenschaften (3) Gebrauch gemacht. In den Ausführungs­ beispielen der Fig. 5 und 6 wird die Abhängigkeit der Reflexionseigenschaften der Reflexionsfläche (3) von der Polarisationsrichtung der Lichtstrahlung aus­ genutzt.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung, die ebenfalls aus einem Einlaß-Prisma (1) mit einer Eintrittsfläche (5) und einem Auslaß-Prisma (2) mit einer Austrittsfläche (7) besteht. Im Bereich der aneinanderstoßenden Grenzflächen der Prismen (1, 2) ist wiederum eine Reflexionsfläche (3) angeordnet, die als dielektrische Mehrfachschicht mit von der Polarisationsrichtung der einfallenden Lichtstrahlung abhängigen Reflexionseigenschaften ausgebildet ist. An der senkrecht zur Eintrittsfläche (5) verlaufenden Fläche des Einlaß-Prismas (1) ist in Reihe geschaltet ein Polarisa­ tionsdreher (15) und ein Spiegel (16) angeordnet.

Die durch die Eintrittsfläche (5) des Einlaß-Prismas (1) einfallende Lichtstrahlung (11) ist in einer bestimmten Polarisationsebene linear polarisiert und wird an der Reflexionsfläche (3) in Richtung auf den Polarisationsdreher (15) reflektiert. Die linear polarisierte Lichtstrahlung (11) durchläuft den Polarisationsdreher (15), wird an der Spiegelfläche (16) reflektiert und durchläuft dann den Polarisations­ dreher (15) ein zweites Mal, wodurch die Polarisationsrichtung der linear polarisierten Lichtstrahlung (11) gegenüber der ursprünglichen Polarisations­ richtung um 90° gedreht wird. Nach der Drehung der Polarisationsrichtung wird die linear polarisierte Lichtstrahlung (11) jetzt von der Reflexionsfläche (3) transmittiert und verläßt die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung durch die Austritts­ fläche (7) des Auslaß-Prismas (2).

Beim Drehen der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung um die Rotationsachse (12) muß dafür gesorgt werden, daß der Winkel zwischen der ursprünglichen Polarisa­ tionsebene der einfallenden Lichtstrahlung (11) und der Einfallsebene der Reflexionsfläche (3) unabhängig vom jeweiligen Drehwinkel der Prismen (1, 2) erhalten bleibt, indem die Polarisationsebene mitgedreht wird. In Fig. 5 ist eine mögliche Vorrichtung zur Polarisationsdrehung dargestellt. Eine Lichtquelle (17) erzeugt eine linear polarisierte Lichtstrahlung (11). Grundsätzlich kann auch jede andere Lichtquelle, die eine nicht polarisierte Lichtstrahlung erzeugt, in Verbindung mit einem Polarisator verwendet werden. Die von der Lichtquelle (17) erzeugte Lichtstrahlung (11) durchläuft zunächst einen Polarisations­ transformator (18), in dem die lineare Polarisation in eine zirkulare Polarisation umgewandelt wird. Ein weiterer Polarisationstransformator (19), der sich gleichphasig mit den Prismen (1, 2) dreht, wandelt die zirkulare Polarisation der Lichtstrahlung (11) wieder in eine lineare Polarisation mit einer Polarisations­ ebene um, die sich gleichphasig mit den Prismen (1, 2) dreht.

Der Polarisationsdreher (15) und die Polarisationstransformatoren (18, 19) können beispielsweise als λ/4-Platten ausgebildet sein.

Fig. 6 zeigt eine Variante zu dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem der Polarisationsdreher (15) und der Spiegel (16) an der senkrecht zur Austrittsfläche (7) verlaufenden Fläche des Auslaß-Prismas (2) angeordnet sind. Die Reflexionsfläche (3) ist so ausgebildet, daß sie die durch die Eintrittsfläche (5) eintretende linear polarisierte Lichtstrahlung (11) zunächst transmittiert und die mittels des Polarisationsdrehers (15) und des Spiegels (16) in der Polarisa­ tionsrichtung um 90° gedrehte Lichtstrahlung in Richtung auf die Austrittsfläche (7) reflektiert.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Ablenkung einer optischen Strahlung mit mindestens zwei fest einander zugeordneten Reflexionsflächen, die bezüglich einer Rotationsachse drehbeweglich gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine der Reflexionsflächen (3, 4) von der Polarisationsrichtung oder dem Einfallswinkel der optischen Strahlung (11) abhängige Reflexionseigen­ schaften (Transmission, Reflexion) aufweist, und
• - die Anordnung der Reflexionsflächen (3,4) zueinander so getroffen ist, daß die in die Vorrichtung einfallende und die an der anderen Reflexionsfläche (4) reflektierte Strahlung mit unterschiedlichen Einfalls­ winkeln oder unterschiedlichen Polarisationsrichtungen auf die winkel- oder polarisationsabhängige Reflexionsfläche (3) fällt, wodurch die auftreffende Lichtstrahlung (11) von der Reflexionsfläche (3) entweder reflektiert oder transmittiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die winkel- oder polarisationsabhängige Reflexionsfläche (3) auf der Grenzfläche eines Prismas (1, 2) angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die winkel­ abhängige Reflexionsfläche (3) als ein Luftspalt ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die winkel­ abhängige Reflexionsfläche (3) durch Verkittung von zwei Glasplatten oder Prismen mit unterschiedlichen Brechungsindizes hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Einlaß-Prisma (1) und einem Auslaß-Prisma (2) besteht und daß die Reflexionsfläche (3) an den aneinander stoßenden Grenzflächen der Prismen (1, 2) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgleichs- Prisma (13) vorgesehen ist, welches die Prismen (1, 2) bezüglich einer Rotationsachse (12) symmetrischen Massenverteilung ergänzt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eintrittsfläche (5) des Einlaß-Prismas (1) relativ zu einer Eintritts­ richtung (6) der optischen Strahlung (11) im wesentlichen senkrecht angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Austrittsfläche (7) des Auslaß-Prismas (2) relativ zu einer Austritts­ richtung (8) der optischen Strahlung (11) im wesentlichen senkrecht angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Reflexionsflächen (3) von der Polarisationsrichtung der Lichtstrahlung (11) abhängige Reflexionseigenschaften aufweist und daß zwischen dieser Reflexionsfläche (3) und der anderen Reflexionsfläche (4) eine Einrichtung (15) zur Umwandlung der Polarisationsrichtung angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eintritts­ fläche (5) des Einlaßprismas (1) eine Einrichtung (19) zur Umwandlung einer zirkular polarisierten optischen Strahlung (11) in eine linear polarisierte optische Strahlung vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens eine der Einrichtungen (15, 18, 19) als λ/4-Platte ausgebildet ist.