DE4219102C2 - Strahlablenker - Google Patents

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.