DE4219102C2 - Strahlablenker - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Reproduktionstechnik und betrifft
eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtbündels in einer Abtast- oder Auf
zeichnungseinrichtung mit einem um eine angetriebene Drehachse drehbar ge
lagerten Prisma mit fünfeckigem Querschnitt, das eine im wesentlichen senkrecht
zur Drehachse orientierte Lichteintrittsfläche, mindestens zwei zur Drehachse
geneigte Reflexionsflächen sowie mindestens eine Lichtaustrittsfläche
aufweist.
Bei einem Vorlagen-Abtastgerät, auch Eingabe-Scanner genannt, wird ein Lichtstrahl
mittels eines Lichtablenkers zeilenweise über eine abzutastende Vorlage
geführt und das von der Vorlage reflektierte oder durchgelassene Abtastlicht in
einem optoelektronischen Wandler in ein Bildsignal umgewandelt. Bei einem
Aufzeichnungsgerät, auch Recorder, Belichter oder Ausgabe-Scanner genannt,
wird ein Lichtstrahl zur Aufzeichnung von Informationen durch ein Bildsignal
intensitätsmoduliert und mittels eines Strahlablenkers zeilenweise über ein licht
empfindliches Aufzeichnungsmaterial geführt.
Im Fall, daß das Abtast- oder Aufzeichnungsgerät als Flachbett-Gerät ausgebildet
ist, ist die Halterung für die Vorlage bzw. das Aufzeichnungsmaterial eine
ebene Fläche, über die der Lichtstrahl zeilenweise abgelenkt wird und die sich
senkrecht zur Ablenkebene relativ zum Lichtablenker bewegt.
Im Fall, daß das Abtast- oder Aufzeichnungsgerät als Innentrommel-Gerät ausgebildet
ist, ist die Halterung für die Vorlage bzw. das Aufzeichnungsmaterial
eine nicht rotationsfähige, zylindersegmentartige Innentrommel. Der Lichtablenker
bewegt sich relativ zur Innentrommel parallel zur ihrer Längsachse, und
der Lichtstrahl wird senkrecht zur Längsachse radial über die Innenfläche der
Innentrommel abgelenkt.
Eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtbündels in einem Innentrommel-
Aufzeichnungsgerät ist aus der US-A-50 26 133 bekannt, bei der ein um eine
angetriebene Drehachse drehbar gelagertes Prisma mit fünfeckigem Quer
schnitt, Pentaprisma genannt, verwendet wird. Das Pentaprisma weist eine
senkrecht zur Drehachse orientierte Lichteintrittsfläche für das abzulenkende
Lichtbündel, eine zur Drehachse geneigte Reflexionsfläche sowie eine Licht
austrittsfläche für das abgelenkte Lichtbündel auf, die an die Lichteintrittsfläche
und an die Reflexionsfläche angrenzt. Bei dem Innentrommel-Aufzeichnungsgerät
rotiert das Pentaprisma um die Längsachse der Innentrommel und bewegt
sich in Achsrichtung über die Innentrommel, wodurch das mit der aufzuzeichnenden
Information modulierte und parallel zur Längsachse verlaufende Lichtbündel
durch das Pentaprisma radial auf die Innenfläche der Innentrommel als
Aufzeichnungsstrahl abgelenkt wird. An der Innenfläche der Innentrommel ist
ein Aufzeichnungsmaterial angeordnet, das durch den Aufzeichnungsstrahl
punkt- und zweilenweise belichtet wird.
Eine weitere Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtbündels mittels eines
Pentaprismas bei einem Innentrommel-Aufzeichnungsgerät ist aus der
US-A-38 75 587 bekannt.
Ein Pentaprisma weist keine Pyramidalfehler wie z. B. ein Polygonspiegel auf
und ist unempfindlich gegenüber kleinen Verdrehungen um die zum Hauptschnitt
senkrechten Achse, so daß der Aufzeichnungsstrahl auch bei einem
Winkeltaumel, der durch Toleranzen im Bereich der Lagerung für das Pentaprisma
entsteht, exakt um 90° abgelenkt wird. Durch die Verwendung eines
Pentaprismas als Strahlablenker wird zwar eine gute Aufzeichnungsqualität
erreicht, ein Nachteil besteht aber darin, daß pro Umdrehung des Pentaprismas
jeweils nur eine Zeile aufgezeichnet werden kann. Aufgrund des relativ
schlechten Nutzungsgrades pro Umdrehung (Dutycycle) des Pentaprismas kann
somit nur eine geringe Aufzeichnungsgeschwindigkeit erzielt werden.
Ein andere Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtbündels bei einem Innentrommel-
Aufzeichnungsgerät ist aus der EP-A-03 54 028 bekannt. Mit dem dort
angegebenen rotierenden Prisma werden zwei Aufzeichnungsstrahlen mit einem
Versatz von etwa 180° erzeugt, wodurch pro Umdrehung des Prismas zwei
Zeilen auf einem Aufzeichnungsmaterial aufgezeichnet werden können. Mit
dieser Vorrichtung läßt sich zwar die Aufzeichnungsgeschwindigkeit steigern, sie
weist aber den Nachteil auf, daß ein Winkeltaumel verdoppelt und dadurch die
Aufzeichnungsqualität erheblich gemindert wird.
Eine weitere Vorrichtung zur Strahlablenkung ist aus der WO 90/15 355 bekannt.
Zur Verminderung der Auswirkungen von Störungen sind hier im Bereich einer
rotierenden Welle zwei Reflexionsflächen angeordnet, von denen die einer
Strahlquelle zugewandte erste Reflexionsfläche die Lichtstrahlung in Richtung
auf die zweite Reflexionsfläche lenkt und diese den Lichtstrahl auf ein zu belichtendes
Material ausrichtet. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß wiederum
nur eine Zeile pro Umdrehung auf dem Aufzeichnungsmaterial belichtet werden
kann. Ein Winkeltaumel wird bei dieser Vorrichtung vollständig unterdrückt.
In der US-A-48 78 720 sind unterschiedliche Prismenformen angegeben, die
Winkeltaumel vollständig unterdrücken, aber nicht die Erzeugung von zwei Auf
zeichnungsstrahlen zulassen.
Mit Hilfe der bekannten Vorrichtungen ist es nicht möglich, einen Strahlablenker
derart zu realisieren, daß er sowohl konstruktiv einfach aufgebaut ist, als auch
eine qualitativ hochwertige Übertragung einer optischen Strahlung gewährleistet.
Insbesondere sind die bekannten Vorrichtungen nicht in der Lage, in
ausreichender Weise eine Untersetzung eines Winkeltaumels vorzunehmen.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtbündels derart zu verbessern, daß
eine qualitativ hochwertige Ablenkung bei Gewährleistung einer kompakten
Anordnung ermöglicht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Ablenkung eines
Lichtbündels im Schnittbild,
Fig. 2 die Vorrichtung in einer um 180° gedrehten Position und
Fig. 3 eine Ausgestaltung der Vorrichtung.
Die Vorrichtung, nachfolgend Strahlablenker genannt, besteht im wesentlichen
aus einem Prisma (1), das bezüglich einer Drehachse (2) symmetrisch gestaltet
ist und um die Drehachse (2) rotiert. Das Prisma (1) weist eine Eintrittsfläche (3),
Austrittsflächen (4, 5) und Reflexionsflächen (6, 7) auf. Die senkrecht zur Drehachse
(2) ausgerichtete Eintrittsfläche (3) ist in zwei Eintrittsbereiche (3a, 3b)
unterteilt, wobei die Teilungslinie durch die Drehachse (2) verläuft. Die Refle
xionsflächen (6, 7) sind auf der von der Eintrittsfläche (3) abgewandten Seite des
Prismas (1) angeordnet, stoßen im Bereich der Drehachse (2) aneinander und
schließen jeweils
einen Winkel (α) mit der Drehachse (2) ein. Die von der
Drehachse (2) abgewandten Flächen des Prismas (1) bilden die
Austrittsflächen (4, 5), die zur Drehachse (2) geneigt ange
ordnet sind. Die Austrittsflächen (4, 5) schließen mit der
Eintrittsfläche (3) jeweils einen Winkel (β) und mit den
jeweils angrenzenden Reflexionsflächen (6, 7) einen Winkel
(γ) ein.
In Abhängigkeit vom verwendeten Prismenmaterial und von der
jeweiligen Anwendungsspezifikation liegt der mögliche Winkel
bereich beispielsweise für den Winkel (α) zwischen 50° und
70°, für den Winkel (β) zwischen 90° und 110° und für den
Winkel (γ) zwischen 90° und 120°. Bei einem Prismenmaterial
BK7 sind typische Werte α=60°, β=102,8° und γ=107,2°.
Die Austrittsflächen (4, 5) sind teilverspiegelt ausgebildet,
so daß ein Teil der Lichtenergie eines auftreffenden Licht
bündels (8) je nach Auftreffwinkel entweder ins Innere des
Prismas (1) reflektiert oder gebrochen durchgelassen wird.
Unter teilverspiegelt wird verstanden, daß die Austritts
flächen (4, 5) etwa 25 bis 75% Transmission bei einer Inzidenz
von 0 bis 20° und 25 bis 75% Reflexion bei einer Inzidenz von
20 bis 70° aufweisen. An den teilverspiegelten Flächen ist
jeweils nur der zum Nutzstrahlengang gehörende Teil des
Lichtbündels (8) dargestellt.
Die Reflexionsflächen (6, 7) sind bezüglich der Austritts
flächen (4, 5) derart zueinander ausgerichtet, daß das von
einer Reflexionsfläche (6 bzw. 7) reflektierte Lichtbündel
(8) jeweils an der gegenüberliegenden Austrittsfläche (4 bzw.
5) ins Prismeninnere in Richtung auf die an die betreffende
Reflexionsfläche (6 bzw. 7) angrenzende Ausgangsfläche
(4 bzw. 5) zurückgeworfen wird. Außerdem sind die Austritts
flächen (4, 5) derart zueinder angeordnet, daß das an einer
Austrittsfläche (4 bzw. 5) reflektierte Lichtbündel (8) durch
die gegenüberliegende Austrittsfläche (5 bzw. 4) hindurch
gelassen wird und das Prisma (1) verläßt.
Das von einer nicht gezeigten Lichtquelle ausgehende und
vorzugsweise parallel zur Drehachse (2) des Prismas (1)
verlaufende Lichtbündel (8), von dem nur die Randstrahlen
dargestellt sind, fällt asymmetrisch zum Prisma (1) je nach
Drehposition des Prismas (1) auf einen der Eintrittsbereiche
(3a, 3b) der Eintrittsfläche (3), und zwar in der Dreh
position, die in Fig. 1 dargestellt ist, auf den Eintritts
bereich (3a).
Der entsprechende Strahlengang ist in Fig. 1 dargestellt. Das
einfallende Lichtbündel (8) durchläuft das Prisma (1), wird
an der Reflexionsfläche (6) umgelenkt und an der Austritts
fläche (5) in Richtung auf die Austrittsfläche (4) reflek
tiert. Der Auftreffwinkel, mit dem das reflektierte Licht
bündel (8) auf die Austrittsfläche (4) fällt, ist so gewählt,
daß das reflektierte Lichtbündel (8) von der Austrittsfläche
(4) durchgelassen wird und das Prisma (1) als Lichtbündel
(8′) verläßt.
Fig. 2 zeigt den entsprechenden Strahlengang im Prisma (1) für
den Fall, daß sich das Prisma (1) um 180° um die Drehachse
(2) gedreht hat.
In dieser Drehposition haben die Eintrittsbereiche (3a, 3b),
die Austrittsflächen (4, 5) und die Reflexionsflächen (6, 7)
ihre räumliche Anordnung bezüglich des Lichtbündels (8)
getauscht. Das Lichtbündel (8) wird jetzt an der Reflexions
fläche (7) umgelenkt und an der Austrittsfläche (4) in
Richtung auf die Austrittsfläche (5) reflektiert, von der es
als Lichtbündel (8′) durchgelassen wird. Beide in den Fig. 1
und 2 gezeigten Strahlengänge sind bezüglich der Drehachse
(2) symmetrisch.
Durch die gemeinsame Nutzung des Prismeninnenraumes für beide
Strahlengänge kann das Prisma (1) sehr kompakt ausgebildet
und somit einfach gefertigt werden. Wegen der Brechung des
Lichtbündels an den Austrittsflächen (4 bzw. 5) des Prismas
(1) läßt sich in bevorzugter Weise durch Kippen des Prismas
(1) der Flächenfehler herausjustieren und der Pyramidalfehler
abgleichen. Trotzdem ist das Prisma (1) relativ unempfindlich
gegen Lagertaumel, da durch die geometrische Gestaltung ein
Lagertaumel mit ca. 1 : 60 untersetzt wird.
Die Winkel der Prismenflächen sind unter Berücksichtigung der
Brechungszahl des verwendeten Prismenmaterials in zweckmä
ßiger Weise so gestaltet, daß ein 90°-Lichtablenker entsteht,
mit dem ein parallel zur Drehachse (2) einfallendes Licht
bündel (8) senkrecht zur Drehachse (2) als Lichtbündel (8′)
aus dem Prisma (1) austritt.
Durch die Drehung des Lichtablenkers bzw. des Prismas (1) um
die Drehachse (2) fällt das Lichtbündel (8) während einer
Umdrehung nacheinander auf die beiden Eintrittsbereiche
(3a, 3b) der Eintrittsfläche (3), so daß der Lichtablenker pro
Umdrehung zwei zeitlich versetzte Lichtbündel (8′) erzeugt
mit dazwischen liegenden Totzeiten, in denen der Lichtab
lenker nicht genutzt wird.
Durch die Erzeugung von zwei abgelenkten Lichtbündeln (8′)
pro Umdrehung weist der Lichtablenker in vorteilhafter Weise
einen größeren Nutzungsgrad (Dutycycle) gegenüber einem
herkömmlichen Pentaprisma auf. Die Lichtbündel (8′) werden
durch den Lichtablenker in einer zur Drehachse (2) senk
rechten Ebene über einen nutzbaren Winkelbereich ausgelenkt,
der sich aus dem Zeitintervall ergibt, in dem jeweils ein
Eintrittsbereich (3a bzw. 3b) von dem vollen Querschnitt des
einfallenden Lichtbündels (8) getroffen wird. Dabei muß
sichergestellt sein, daß der Abstand der Mittelinie des
einfallenden Lichtbündels (8) zur Drehachse (2) stets größer
als der Durchmesser des Lichtbündels (8) ist. Der nutzbare
Ablenkwinkel ist somit von der Geometrie der Eintritts
bereiche (3a, 3b) und des Lichtbündelquerschnittes abhängig.
Ein typischer Wert für den nutzbaren Ablenkwinkel ist
+/- 36°.
Zur Vermeidung von Streulicht hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, das einfallende Lichtbündel (8) beim Überlaufen der
Kanten des Prismas (1) abzuschalten oder auszublenden. Dazu
kann eine Steuerschaltung vorgesehen werden, die mit der
Drehbewegung des Prismas (1) synchronisiert ist.
Der erfindungsgemäße Lichtablenker läßt sich mit Vorteil in
Vorlagen-Abtastgeräten und in Aufzeichnungsgeräten vom
Flachbett-Typ oder Innentrommel-Typ einsetzen.
In einem Vorlagen-Abtastgerät vom Flachbett-Typ ist die
abzutastende Vorlage auf einem ebenen Vorlagenträger
(Flachbett) aufgespannt. Ein Lichtbündel wird durch den
rotierenden Lichtablenker punkt- und zeilenweise über die
Vorlage geführt und das von der Vorlage reflektierte oder
durchgelassene Abtastlicht in einem optoelektronischen
Wandler in ein Bildsignal umgewandelt.
In einem Aufzeichnungsgerät vom Flachbett-Typ ist auf dem
Flachbett ein Aufzeichnungsmaterial angeordnet. Ein mit der
aufzuzeichnenden Information moduliertes Lichtbündel wird mit
dem Lichtablenker punkt- und zeilenweise über das Aufzeich
nungsmaterial geführt und nimmt die Aufzeichnung vor.
Bei Geräten vom Flachbett-Typ erweist es sich als zweckmäßig,
den Lichtablenker mit einem im wesentlichen parallelen Licht
bündel zu beaufschlagen und zwischen Vorlage bzw. Aufzeich
nungsmaterial und Lichtablenker ein bildpunkt-formendes
Objektiv, beispielsweise ein f-Theta-Objektiv, anzuordnen.
Dadurch werden Winkelfehler und Parallelversätze durch
Lagertaumel vollständig oder zumindest stark kompensiert.
In einem Abtast- oder Aufzeichnungsgerät vom Innentrommel-Typ
ist die Halterung für die Vorlage bzw. das Aufzeichnungs
material eine nicht rotationsfähige, zylindersegmentartige
Innentrommel. Der Lichtablenker bewegt sich relativ zur
Innentrommel parallel zur ihrer Längsachse, und der Licht
strahl wird senkrecht zur Längsachse radial über die
Innentrommel abgelenkt.
Bei Geräten vom Innentrommel-Typ wird das bildpunkt-formende
Objektiv in zweckmäßiger Weise im Strahlengang zwischen
Lichtquelle und Lichtablenker angeordnet. In Verbindung mit
dem erfindungsgemäßen Lichtablenker erweist es sich gemäß der
Darstellung in Fig. 3 als vorteilhaft, wenn die optische
Achse (10) des Objektivs (11) mit der Symmetrie- bzw. Dreh
achse (2) des Prismas (1) zusammenfällt.
Das Objektiv (11) kann stationär angeordnet oder aber starr
mit dem Prisma (1) gekoppelt sein und mitrotieren, nachdem es
auf das Prisma (1) einjustiert wurde. Im Falle der Kupplung
ist das Objektiv (11) durch Klebung oder mittels einer
Fassung mit dem Prisma (1) verbunden. Dabei besteht die
Möglichkeit, über die Justierung gleichzeitig auch gering
fügige Fertigungstoleranzen des Prismas (1) auszugleichen.
Claims (10)
1. Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtbündels in einer optischen Abtast-
oder Aufzeichnungs-Einrichtung mit einem um eine angetriebene Drehachse
drehbar gelagerten Prisma mit fünfeckigem Querschnitt, das eine im
wesentlichen senkrecht zur Drehachse orientierte Lichteintrittsfläche, mindestens
zwei zur Drehachse geneigte Reflexionsflächen sowie mindestens
eine Lichtaustrittsfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Querschnitt des Prismas (1) bezüglich einer Normalen zu der Lichteintrittsfläche (3) einen spiegelsymmetrischen Aufbau aufweist,
- - die der Eintrittsfläche (3) gegenüberliegenden Seiten des Prismas (1) im Bereich der Drehachse (2) aneinandergrenzen und als Reflexions flächen (6, 7) ausgebildet sind und
- - die beiden an die Lichteintrittsfläche (3) angrenzenden Seiten des Prismas (1) sich von dieser aus mit zunehmendem Abstand von der Drehachse (2) erstrecken und als Lichtaustrittsflächen (4, 5) aus gebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nei
gungswinkel (β) zwischen der Lichteintrittsfläche (3) und der jeweiligen
Austrittsfläche (4, 5) einen Wert im Bereich von etwa 90° bis 110°, vorzugsweise
einen Wert von 102,8°, aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Neigungswinkel (γ) zwischen einer Austrittsfläche (4, 5) und der angrenzenden
Reflexionsfläche (6, 7) jeweils einen Wert im Bereich von etwa 90° bis
120°, vorzugsweise einen Wert von 107,2°, aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel (α) zwischen einer Reflexionsfläche (6, 7) und der
Drehachse (2) jeweils einen Wert im Bereich von 50° bis 70°, vorzugsweise
einen Wert von 60°, aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Neigungswinkel der Prismenflächen unter Berücksichtigung der
optischen Eigenschaften des Prismenmaterials derart gewählt sind, daß
das parallel zur Drehachse (2) auf das Prisma (1) einfallende Lichtbündel
(8) senkrecht zur Drehachse (2) aus dem Prisma (1) austritt (90°-Ablenker).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsflächen (4, 5) eine richtungsselektive Verspiegelung aufweisen,
welche das auftreffende Licht teilweise transmittiert und teilweise
durchläßt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß vor der Lichtaustrittsfläche (4 bzw. 5) ein f-Theta-Objektiv angeordnet
ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß vor der Eintrittsfläche (3) ein Objektiv (11) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische
Achse (10) des Objektivs (11) mit der Drehachse (2) des Prismas (1)
zusammenfällt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Objektiv (11) mit dem Prisma (1) verbunden ist.
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