EP0428662A1 - Device for deflecting a ray beam - Google Patents

Device for deflecting a ray beam

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Publication number
EP0428662A1
EP0428662A1 EP19900908189 EP90908189A EP0428662A1 EP 0428662 A1 EP0428662 A1 EP 0428662A1 EP 19900908189 EP19900908189 EP 19900908189 EP 90908189 A EP90908189 A EP 90908189A EP 0428662 A1 EP0428662 A1 EP 0428662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
prism
angle
axis
deflecting
exit surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19900908189
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heinrich KÜHLEWEIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optische Werke G Rodenstock
Original Assignee
Optische Werke G Rodenstock
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Optische Werke G Rodenstock filed Critical Optische Werke G Rodenstock
Publication of EP0428662A1 publication Critical patent/EP0428662A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/108—Scanning systems having one or more prisms as scanning elements

Definitions

  • the invention relates to a device for deflecting a
  • Beam bundle at a predeterminable angle Beam bundle at a predeterminable angle.
  • the invention relates to a device in which the beam is deflected by means of a deflecting prism which can be rotated about the axis of the incident beam and whose beam entry surface is perpendicular to the axis of rotation. If necessary, the deflected beam is imaged on a surface to be scanned using an imaging system assigned to the deflecting prism.
  • Such devices are used for example in scanner systems.
  • a beam of rays emitted by a light source is deflected by a rotating deflecting element and imaged as a light spot on a surface to be scanned.
  • the light spot depicted describes a linear movement on the surface.
  • the surface is scanned line by line. This is achieved, for example, in that the surface to be scanned is applied to a roller which rotates step by step about its figure axis.
  • the accuracy of the scanner system depends crucially on how straight the scanning lines run on the surface to be scanned.
  • a source of error which leads to deviations from a straight-line scanning is that the axis of rotation of the deflecting element is caused to flutter or vibrate (wobble) by manufacturing or wear-related inaccuracies in the pivot bearings.
  • the flutter movement is increasingly transmitted to the movement of the deflected bundle of rays.
  • the illustrated light point then does not perform a linear but a wave-like movement.
  • DE-PS 37 07 023 specifies two different beam guides.
  • the beam is totally reflected twice in succession by the side surfaces after it has entered through a surface perpendicular to the beam, before it penetrates the exit surface perpendicular to the input surface.
  • the side length of the square prism must be approximately 3.5 times as large as the beam diameter.
  • Such prisms are comparatively large and are not suitable for use in scanner systems in which the deflection prism rotates at high speed.
  • a second beam guide is therefore specified, in which the square prism has a smaller volume and weight than a pentaprism for a given cross section of the beam.
  • the beam is reflected four times inside the prism. The reflection takes place on two surfaces at an angle which is smaller than the angle of the total reflection. That's why they have to both surfaces are provided with a reflection layer.
  • the invention is based on the object of specifying a deflection prism for a scanner system which reacts insensitively to tilting of the prism axis against the direction of the incident beam, which has the smallest possible volume and weight and which is easy to manufacture.
  • the deflection in the device according to the invention takes place partly by reflection and partly by refraction.
  • the two reflections within the prism have the effect that a tilt of the prism against the beam axis has a weaker effect on the beam deflection by a factor of 10 than, for example, the tilt of a mirror.
  • a vibration movement of the axis of rotation affects the deflected beam 10 times less than when a mirror is used, so that the accuracy requirements for the position of the axis of rotation relative to the deflection prism are lower than in known solutions.
  • the contribution of the refraction to the deflection of the beam causes an inaccuracy of the angle between two prism surfaces to be compensated for by a slight tilt. This results in lower requirements for the tolerances in the manufacture of the deflection prism according to the invention than in the manufacture of a square prism according to Wollaston.
  • the deflection prism according to the invention has only three optical surfaces, which simplifies the manufacturing process compared to the square prism.
  • the use of the triangular prism within a device of the generic type proves to be particularly advantageous with regard to the volume, the weight and the distance between the axis of rotation and the most distant prism part which determines the input focal length.
  • the triangular prism according to the invention has less than half the minimum weight of a corresponding square prism according to Wollaston and the input focal length is about a third smaller.
  • any deflection angle can be achieved in a simple manner by machining only one surface.
  • a deflection angle of 90 ° proves to be particularly favorable.
  • the surface on which the beam experiences the second reflection is provided with a reflective layer.
  • the angles between the optical surfaces can vary within a wide range.
  • the angle between the entrance and beam exit surface must be greater than the critical angle of total reflection and can be selected between 45 ° and approximately 90 °.
  • a laser diode is used as the light source and diffraction-limited optics (F-theta optics) are used as the imaging system (claim 6) assigned to the deflection prism.
  • F-theta optics diffraction-limited optics
  • This development takes advantage of the fact that, due to the refraction of the light beam at the beam exit surface, a light beam entering with a circular cross section is given an elliptical cross section on the beam exit side. The ratio of the axes is approximately 1: 0.85. If the beam of the laser diode, which generally has a cross-section deviating from the circular shape, passes through the triangular prism, this deviation is at least partially compensated for.
  • Fig. 1 a the deflection of a beam on one
  • Wollaston Fig. 2 b shows a section through an inventive
  • Deflection elements are shown in all the figures, which deflect the incoming beam by 90 °.
  • the light sources, the brackets and bearings of the deflecting elements and the associated imaging systems have not been shown.
  • FIG. 1 b shows a triangular prism according to the invention with the non-mirrored surfaces (4, 5) and the mirrored surface (6), on which a beam of rays impinges.
  • the prism according to the invention is thus less sensitive to tilting than the mirror by a factor of 10.
  • FIG. 2a shows a square prism according to Wollaston for comparison with a prism according to the invention. It has two non-mirrored surfaces 9, 10, which form a right angle, " as well as two mirrored surfaces 11, 12. The surfaces 10, 11 and the surfaces 9, 12 enclose an angle of 67.5 °.
  • the emerging beam is deflected by 90 ° with respect to the incoming beam, and the beam axis (14) is also the axis of rotation of the quadrangular prism 10 and the cut edge between the surfaces 9 and 12.
  • the beam has a distance x of, for example, 0.15 d (d: diameter of the beam line) compared to surface 10 ritts beam).
  • the distance x is required so that too when the prism axis of rotation is tilted, a beam of rays is deflected correctly.
  • FIG. 2b shows a triangular prism according to the invention which is suitable for deflecting a beam with the same cross section d as in FIG. 2a. It has two non-mirrored surfaces 4, 5 which form an angle of 50 ° and a mirrored surface 6 which forms an angle of 37.5 ° with surface 5.
  • the beam of rays leaves the prism at an angle ⁇ with respect to the surface normal of the beam exit surface.
  • the axis of rotation of the triangular prism is oriented approximately perpendicular to the prism surface 4.
  • FIG. 2b The ideal case of a non-tilted axis of rotation is shown in FIG. 2b.
  • the beam in turn has the cross section d.
  • the width of the beam entry surface 4 projects beyond the cross-section of the beam on both sides by an amount x of, for example, 0.1 d, so that a complete deflection of the beam is guaranteed when the axis of rotation is tilted.
  • the triangular prism takes up less than half the space, saving more than half of the material.
  • the entrance focal length is also significantly reduced compared to the Wollaston square prism.
  • the numerical values of the exemplary embodiments do not represent any restriction of generality. The choice of the angles depends both on the respective application and on the refractive power of the prism material used.

Abstract

Un dispositif de déviation d'un faisceau de rayons sur un angle prédéterminable O comprend un prisme déviateur rotatif autour de l'axe d'un faisceau incident de rayons (7), dont la surface (4) d'impact des rayons est approximativement perpendiculaire à l'axe de rotation. Le dispositif de déviation comprend en outre un système de reproduction associé au prisme déviateur. Le prisme triangulaire permet d'obtenir des basculements de l'axe de rotation, dans la direction du faisceau dévié, inférieurs d'un facteur 10 environ aux basculements obtenus avec un miroir ou un demi-cube. L'utilisation du prisme triangulaire représente une simplification considérable par rapport à l'utilisation d'un prisme quadrangulaire selon Wollaston ou d'un prisme pentagonal dans un dispositif du même type, étant donné qu'il présente uniquement trois faces optiquement planes au lieu de quatre, une seule étant pourvue d'une couche réfléchissante (6) au lieu des deux des autres types de prismes. On peut ainsi obtenir des économies de matériau supérieures à 50 %, avec des tolérances de fabrication moins contraignantes.A device for deflecting a beam of rays at a predetermined angle O comprises a deflecting prism rotating around the axis of an incident beam of rays (7), the surface of which (4) of impact of the rays is approximately perpendicular to the axis of rotation. The deflection device further comprises a reproduction system associated with the deflection prism. The triangular prism makes it possible to obtain tiltings of the axis of rotation, in the direction of the deflected beam, less by a factor of about 10 than the tiltings obtained with a mirror or a half-cube. The use of the triangular prism represents a considerable simplification compared to the use of a quadrangular prism according to Wollaston or of a pentagonal prism in a device of the same type, since it presents only three optically planar faces instead of four, only one being provided with a reflecting layer (6) instead of the two of the other types of prisms. It is thus possible to obtain material savings of more than 50%, with less restrictive manufacturing tolerances.

Description

Vorrichtung zum Ablenken eines Strahlenbündels Device for deflecting a beam
B e s c h r e i b u n gDescription
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablenken einesThe invention relates to a device for deflecting a
Strahlenbündels um einen vorgebbaren Winkel.Beam bundle at a predeterminable angle.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, bei welcher das Strahlenbündel mittels eines Umlenkprismas abgelenkt wird, das um die Achse des einfallenden Strah¬ lenbündels drehbar ist und dessen Strahleintrittsfläche senkrecht zur Drehachse liegt. Gegebenenfalls wird das abgelenkte Strahlenbündel mit einem dem Umlenkprisma zuge¬ ordneten AbbildungsSystem auf eine abzutastende Oberfläche abgebildet.In particular, the invention relates to a device in which the beam is deflected by means of a deflecting prism which can be rotated about the axis of the incident beam and whose beam entry surface is perpendicular to the axis of rotation. If necessary, the deflected beam is imaged on a surface to be scanned using an imaging system assigned to the deflecting prism.
Stand der TechnikState of the art
Solche Vorrichtungen werden beispielsweise in Scanner- Sytemen verwendet. In bekannten Scanner-Systemen wird ein von einer Lichtquelle ausgesendetes Strahlenbündel durch ein rotierendes Umlenkelement abgelenkt und als Lichtpunkt auf eine abzutastende Oberfläche abgebildet. Durch die Rotationsbewegung des Umlenkelementes beschreibt der abge¬ bildete Lichtpunkt auf der Oberfläche eine Linearbewegung. Die Abtastung der Oberfläche erfolgt zeilenweise. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die abzutastende Oberfläche auf einer Walze aufgebracht ist, die sich schrittweise um ihre Figurenachse dreht. Die Genauigkeit des Scanner-Systems hängt entscheidend davon ab, wie geradlinig die Abtastzeilen auf der abzu¬ tastenden Oberfläche verlaufen. Eine Fehlerquelle, die zu Abweichungen von einer geradlinigen Abtastung führt, be¬ steht darin, daß die Drehachse des Umlenkelementes durch fertigungsbedingte oder verschleißbedingte Ungenauigkeiten in den Drehlagern in eine Flatter- bzw. Vibrationsbewegung (Wobbein) versetzt wird.Such devices are used for example in scanner systems. In known scanner systems, a beam of rays emitted by a light source is deflected by a rotating deflecting element and imaged as a light spot on a surface to be scanned. As a result of the rotational movement of the deflecting element, the light spot depicted describes a linear movement on the surface. The surface is scanned line by line. This is achieved, for example, in that the surface to be scanned is applied to a roller which rotates step by step about its figure axis. The accuracy of the scanner system depends crucially on how straight the scanning lines run on the surface to be scanned. A source of error which leads to deviations from a straight-line scanning is that the axis of rotation of the deflecting element is caused to flutter or vibrate (wobble) by manufacturing or wear-related inaccuracies in the pivot bearings.
Wenn das Strahlenbündel mit einem Spiegel oder einem ein¬ fachen Reflexionsprisma (Halbwürfel) umgelenkt wird, über¬ trägt sich die Flatterbewegung verstärkt auf die Bewegung des abgelenkten Strahlenbündels. Der abgebildete Licht¬ punkt führt dann keine lineare, sondern eine wellenartige Bewegung aus.If the bundle of rays is deflected with a mirror or a simple reflection prism (half-cube), the flutter movement is increasingly transmitted to the movement of the deflected bundle of rays. The illustrated light point then does not perform a linear but a wave-like movement.
Um den störenden Einfluß der Flatterbewegung der Drehachse bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entgegenzuwirken, sind mehrere Lösungen bekannt.In order to counteract the disruptive influence of the flutter movement of the axis of rotation in a device according to the preamble of claim 1, several solutions are known.
In den US-PSen 4 297 031 und 4 475 787 wird das Strahlen¬ bündel mit Hilfe eines Penta-Prismas, das um eine Achse rotiert, die eine der senkrecht zueinanderstehenden Sei¬ tenflächen durchsetzt, abgelenkt.In US Pat. Nos. 4,297,031 and 4,475,787, the beam is deflected with the aid of a penta prism which rotates about an axis which passes through one of the side surfaces which are perpendicular to one another.
In der DE-PS 37 07 023 wird das Strahlenbündel mit Hilfe eines Viereckprismas nach Wollaston abgelenkt. Die Rota¬ tionsachse durchsetzt eine der senkrecht zueinander ste¬ henden Seitenflächen des Prismas. Sowohl durch das Penta- prisma als auch durch das Prisma nach Wollaston wird eine konstante, von Verkippungen der Prismenachse unabhängige Ablenkung eines Strahlenbündels erreicht. Dadurch wird der Fehler, der durch die Vibrationsbewegung der Drehachse hervorgerufen wird, ausgeglichen. Bei beiden Prismen ist der Abstand zwischen der Drehachse und dem von dieser am weitest entfernten Prismenteil ver¬ gleichsweise groß. Insbesondere wenn ein derartiges Prisma auf kleinste Dimensionen ausgelegt ist, wirkt sich dieser die Eingangsschnittweite bestimmende Abstand negativ aus. Weiter kommte es für die Auslegung auf kleinste Dimensio¬ nen darauf an, bei einem vorgegebenen Querschnitt des Strahlenbündels ein Prisma zu verwenden, das die gattungs¬ gemäßen Anforderungen erfüllt und ein möglichst kleines Volumen und Gewicht aufweist.In DE-PS 37 07 023 the beam is deflected with the help of a square prism according to Wollaston. The rotation axis passes through one of the mutually perpendicular side surfaces of the prism. Both the pentaprism and the Wollaston prism achieve a constant deflection of a beam, independent of the tilting of the prism axis. This compensates for the error caused by the vibration movement of the axis of rotation. In the case of both prisms, the distance between the axis of rotation and the prism part furthest from it is comparatively large. In particular if such a prism is designed for the smallest dimensions, this distance, which determines the input focal length, has a negative effect. In addition, when designing the smallest dimensions, it was important to use a prism for a given cross-section of the radiation beam, which prism meets the generic requirements and has the smallest possible volume and weight.
In dieser Hinsicht lassen sich mit einem Viereck-Prisma nach Wollaston bessere Ergebnisse erzielen als mit einem Pentaprisma.In this regard, a Wollaston square prism gives better results than a pentaprism.
In der DE-PS 37 07 023 sind zwei verschiedene Strahlfüh¬ rungen angegeben. Bei der einen wird das Strahlenbündel nach Eintritt durch eine senkrecht zum Strahl verlaufende Fläche zweimal hintereinander total von den Seitenflächen reflektiert, ehe es die senkrecht zur Eingangsfläche ste¬ hende Ausgangsfläche senkrecht durchdringt. Bei dieser Strahlführung muß die Seitenlänge des Viereckprismas ca. 3,5 mal so groß sein wie der Strahldurchmesser. Solche Prismen sind vergleichsweise groß und eignen sich nicht für die Anwendung in Scanner-Systemen in denen das Um¬ lenkprisma mit großer Geschwindigkeit rotiert. Deshalb ist eine zweite Strahlführung angegeben, bei welcher das Vier¬ eckprisma bei vorgegebenem Querschnitt des Strahlenbündels ein geringeres Volumen und Gewicht aufweist als ein Penta¬ prisma. Bei dieser Strahlführung wird der Strahl viermal im Inneren des Prismas reflektiert. An zwei Flächen er¬ folgt die Reflexion unter einem Winkel, der kleiner als der Winkel der Totalreflexion ist. Deshalb müssen diese beiden Flächen mit einer Reflexionsschicht versehen wer¬ den.DE-PS 37 07 023 specifies two different beam guides. In one, the beam is totally reflected twice in succession by the side surfaces after it has entered through a surface perpendicular to the beam, before it penetrates the exit surface perpendicular to the input surface. With this beam guidance, the side length of the square prism must be approximately 3.5 times as large as the beam diameter. Such prisms are comparatively large and are not suitable for use in scanner systems in which the deflection prism rotates at high speed. A second beam guide is therefore specified, in which the square prism has a smaller volume and weight than a pentaprism for a given cross section of the beam. With this beam guidance, the beam is reflected four times inside the prism. The reflection takes place on two surfaces at an angle which is smaller than the angle of the total reflection. That's why they have to both surfaces are provided with a reflection layer.
Da das Strahlenbündel auf seinem Weg durch das Viereck¬ prisma auf die vier Flächen trifft, müssen alle vier Flä¬ chen optisch plan geschliffen werden. Die Herstellung eines Umlenkprismas nach Wollaston ist somit mit vielen Arbeitsschritten verbunden.Since the beam hits the four surfaces on its way through the quadrangular prism, all four surfaces must be ground optically flat. The manufacture of a deflecting prism according to Wollaston is therefore associated with many work steps.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umlenkprisma für ein Scanner-System anzugeben, das unempfindlich auf Verkippungen der Prismenachse gegen die Richtung des ein¬ fallenden Strahlenbündels reagiert, das ein Möglichst geringes Volumen und Gewicht aufweist und das einfach zu fertigen ist.The invention is based on the object of specifying a deflection prism for a scanner system which reacts insensitively to tilting of the prism axis against the direction of the incident beam, which has the smallest possible volume and weight and which is easy to manufacture.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.A solution to this problem according to the invention is characterized by its developments in the claims.
Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen erfolgt die Ablen¬ kung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung teilweise durch Reflexion und teilweise durch Brechung. Die beiden Re¬ flexionen innerhalb des Prismas bewirken, daß sich eine Verkippung des Prismas gegen die Strahlenachse etwa um einen Faktor 10 schwächer auf die Strahlumlenkung auswirkt als beispielsweise die Verkippung eines Spiegels. Dadurch wirkt sich eine Vibrationsbewegung der Drehachse 10 mal weniger auf den umgelenkten Strahl aus, als bei der Ver¬ wendung eines Spiegels, so daß auch die Genauigkeitsanfor¬ derungen an die Lage der Drehachse relativ zum Umlenk¬ prisma niedriger als bei bekannten Lösungen sind. Der Beitrag der Brechung zur Umlenkung des Strahlenbündels bewirkt, daß eine Ungenauigkeit des Winkels zwischen zwei Prismenflächen durch eine geringfügige Kippung ausgegli¬ chen werden kann. Dadurch ergeben sich geringere Anforde¬ rungen an die Toleranzen bei der Fertigung des erfindungs¬ gemäßen Umlenkprismas als bei der Herstellung eines Vier¬ kantprismas nach Wollaston.In contrast to the known solutions, the deflection in the device according to the invention takes place partly by reflection and partly by refraction. The two reflections within the prism have the effect that a tilt of the prism against the beam axis has a weaker effect on the beam deflection by a factor of 10 than, for example, the tilt of a mirror. As a result, a vibration movement of the axis of rotation affects the deflected beam 10 times less than when a mirror is used, so that the accuracy requirements for the position of the axis of rotation relative to the deflection prism are lower than in known solutions. The contribution of the refraction to the deflection of the beam causes an inaccuracy of the angle between two prism surfaces to be compensated for by a slight tilt. This results in lower requirements for the tolerances in the manufacture of the deflection prism according to the invention than in the manufacture of a square prism according to Wollaston.
Das erfindungsgemäße Umlenkprisma weist nur drei optische Flächen auf, wodurch sich der Herstellungsprozeß gegenüber dem Vierkantprisma vereinfacht.The deflection prism according to the invention has only three optical surfaces, which simplifies the manufacturing process compared to the square prism.
Die Verwendung des Dreieckprismas innerhalb einer gat¬ tungsgemäßen Vorrichtung erweist sich als besonders gün¬ stig bezüglich des Volumens, des Gewichtes und des die Eingangsschnittweite bestimmenden Abstandes zwischen der Drehachse und dem am weitest entfernten Prismenteils.The use of the triangular prism within a device of the generic type proves to be particularly advantageous with regard to the volume, the weight and the distance between the axis of rotation and the most distant prism part which determines the input focal length.
Bei gleichem Querschnitt des Strahlenbündels weist das erfindungsgemäße Dreieckprisma weniger als die Hälfte des minimalen Gewichtes eines entsprechenden Vierkantprismas nach Wollaston auf und die Eingangsschnittweite ist um etwa ein Drittel geringer.With the same cross section of the beam, the triangular prism according to the invention has less than half the minimum weight of a corresponding square prism according to Wollaston and the input focal length is about a third smaller.
Mit dem erfindungsgemäßen Dreieckprisma lassen sich auf einfache Weise durch Bearbeitung nur einer Fläche beliebi¬ ge Ablenkwinkel erzielen. Für die Anwendung in einer gat¬ tungsgemäßen Vorrichtung erweist sich nach Anspruch 2 ein Umlenkwinkel von 90° als besonders günstig.With the triangular prism according to the invention, any deflection angle can be achieved in a simple manner by machining only one surface. For use in a device according to the category, a deflection angle of 90 ° proves to be particularly favorable.
Nach Anspruch 3 ist die Fläche an der das Strahlenbündel die zweite Reflexion erfährt, mit einer Reflexionsschicht versehen. Im Vergleich zum Vierkantprisma nach Wollaston, das zwei reflektierende Flächen aufweist, ergibt sich erneut eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses.According to claim 3, the surface on which the beam experiences the second reflection is provided with a reflective layer. In comparison to the square prism according to Wollaston, which has two reflecting surfaces, this results another simplification of the manufacturing process.
Die Winkel zwischen den optischen Flächen können in einem weiten Bereich variieren. Der Winkel zwischen der Ein- und Strahlaustrittsfläche muß größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion sein und kann zwischen 45° und annähernd 90° gewählt werden.The angles between the optical surfaces can vary within a wide range. The angle between the entrance and beam exit surface must be greater than the critical angle of total reflection and can be selected between 45 ° and approximately 90 °.
In Anspruch 4 ist eine besonders günstige Ausführungsform gekennzeichnet, die ein besonders geringes Gewicht des Umlenkprismas ergibt. In Anspruch 5 ist ein weiteres Aus¬ führungsbeispiel beschrieben, das vorteilhaft eingesetzt wird, wenn das Strahlenbündel aus apparativen Gründen das Prisma in einem größeren Abstand von der Strahleintrittsfläche verlassen soll.In claim 4, a particularly favorable embodiment is characterized, which results in a particularly low weight of the deflection prism. A further exemplary embodiment is described in claim 5, which is used advantageously when the beam is to leave the prism at a greater distance from the beam entry surface for apparatus reasons.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der gattungsge¬ mäßen Vorrichtung ist in Anspruch 7 gekennzeichnet. Als Lichtquelle wird in an sich bekannter Weise eine Laser¬ diode und als dem Umlenkprisma zugeordnetes Abbildungssy¬ stem (Anspruch 6) eine beugungsbegrenzte Optik (F-Theta- Optik) verwendet. Bei dieser Weiterbildung wird ausge¬ nutzt, daß infolge der Brechung des Lichtbündels an der Strahlaustrittsfläche ein mit kreisförmigem Querschnitt eintretendes Lichtbündel auf der Strahlaustrittsseite einen elliptischen Querschnitt erhält. Das Verhältnis der Achsen beträgt etwa 1 : 0,85. Wenn das Strahlenbündel der Laserdiode, das im allgemeinen einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, das Dreieckprisma durchläuft, wird diese Abweichung wenigstens teilweise kompensiert. Kurze Beschreibung der ZeichnungA particularly advantageous further development of the generic device is characterized in claim 7. In a manner known per se, a laser diode is used as the light source and diffraction-limited optics (F-theta optics) are used as the imaging system (claim 6) assigned to the deflection prism. This development takes advantage of the fact that, due to the refraction of the light beam at the beam exit surface, a light beam entering with a circular cross section is given an elliptical cross section on the beam exit side. The ratio of the axes is approximately 1: 0.85. If the beam of the laser diode, which generally has a cross-section deviating from the circular shape, passes through the triangular prism, this deviation is at least partially compensated for. Brief description of the drawing
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs- beispieles im Vergleich zum Stand der Technik unter Bezug¬ nahme auf die beiden Zeichnungen nächer beschrieben. Es zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment in comparison to the prior art with reference to the two drawings below. Show it:
Fig. 1 a die Umlenkung eines Strahlenbündels an einemFig. 1 a the deflection of a beam on one
Spiegel im Schnitt Fig. 1 b die Umlenkung eines Strahlenbündels durch ein erfindungsgemäßes Dreieckprisma im Schnitt Fig. 2 a einen Schnitt durch ein Viereckprisma nachMirror in section Fig. 1 b the deflection of a beam through a triangular prism according to the invention in section Fig. 2 a a section through a square prism
Wollaston Fig. 2 b einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßesWollaston Fig. 2 b shows a section through an inventive
Dreieckprisma.Triangular prism.
Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention
In allen Figuren sind Umlenkelemente dargestellt, die das eintretende Strahlenbündels um 90° ablenken. Auf die Dar¬ stellung der Lichtquellen, der Halterungen und Lagerungen der Umlenkelemente, sowie auf die DArstellung der zugeord¬ neten AbbildungsSysteme wurde verzichtet.Deflection elements are shown in all the figures, which deflect the incoming beam by 90 °. The light sources, the brackets and bearings of the deflecting elements and the associated imaging systems have not been shown.
In Figur 1 a ist ein Spiegel (1) dargestellt, auf den ein Strahlenbündel so auftrifft, daß es um 0» = 90° abgelenkt wird. Aus dem Strahlenbündel ist nur der zentrale Strahl (2) gezeichnet. Wenn ein Strahl (3) um einen Winkel ε verkippt auftrifft, wird er um 0 abgelenkt, wobei die Änderung der Ablenkung δ0 = o - 0 = 2ε beträgt.FIG. 1 a shows a mirror (1) on which a beam of rays strikes so that it is deflected by 0 »= 90 °. Only the central ray (2) is drawn from the ray bundle. When a beam (3) strikes it tilted by an angle ε, it is deflected by 0, the change in deflection being δ0 = o - 0 = 2ε.
In Figur 1 b ist ein erfindungsgemäßes Dreieckprisma mit den unverspiegelten Flächen (4, 5) und der verspiegelten Fläche (6) dargestellt, auf das ein Strahlenbündel auf- trifft. Das Strahlenbündel, von dem nur der zentrale Strahl (7) gezeichnet ist, tritt senkrecht durch die Flä¬ che (4) in das Dreieckprisma ein, wird total an der unver- spiegelten Fläche (5) und anschließend an der verspiegel¬ ten Fläche (6) reflektiert, ehe es an der unverspiegelten Fläche (5) gebrochen wird und aus dem Prisma austritt. Das austretende Strahlenbündel ist um den Winkel 0Q = 90° gegenüber dem einfallenden abgelenkt. Ein Strahl (8) trifft um den Winkel ε verkippt auf die Strahleintritts- fäche (4) auf und verläßt das Prisma um den Winkel abge¬ lenkt, wobei die Änderung der Ablenkung 60 = 0Q - 0 = 0,2 ε beträgt. Das erfindungsgemäße Prisma reagiert damit um einen Faktor 10 weniger empfindlich auf Verkippungen als der Spiegel.FIG. 1 b shows a triangular prism according to the invention with the non-mirrored surfaces (4, 5) and the mirrored surface (6), on which a beam of rays impinges. The bundle of rays, of which only the central one Ray (7) is drawn, enters the triangular prism perpendicularly through the surface (4), is totally reflected on the non-reflecting surface (5) and then on the mirrored surface (6) before it is reflected on the surface non-reflecting surface (5) is broken and emerges from the prism. The emerging beam is deflected by an angle 0 Q = 90 ° with respect to the incident one. A beam (8) hits the beam entry surface (4) tilted by the angle ε and leaves the prism deflected by the angle, the change in the deflection being 60 = 0 Q - 0 = 0.2 ε. The prism according to the invention is thus less sensitive to tilting than the mirror by a factor of 10.
In Figur 2a ist zum Vergleich mit einem erfindungsgemäßen Prisma ein Viereckprisma nach Wollaston dargestellt. Es besitzt zwei unverspiegelte Flächen 9, 10, die einen rech¬ ten Winkel bilden, "sowie zwei verspiegelte Flächen 11, 12. Die Flächen 10, 11 und die Flächen 9, 12 schließen einen Winkel von 67,5° ein. Ein Strahlenbündel von dem lediglich Strahlen 13, 14, 15 dargestellt sind, tritt senkrecht durch die Fläche 9 in das Viereckprisma ein, wird an der verspiegelten Fläche 11 reflektiert und nachfolgend an den Flächen 9, 10 total reflektiert. Nach Reflexion an der Fläche 12 tritt das Strahlenbündel aus Fläche 10 aus. Das austretende Strahlenbündel ist gegenüber dem eintretenden Strahlenbündel um 90° abgelenkt. Die Strahlenbundelach.se (14) ist auch Drehachse des Viereckprismas. Die einfallen¬ den Lichtstrahlen sind untereinander sowie zur Fläche 10 parallel. Mit a ist der Abstand zwischen Fläche 10 und der Schnittkante zwischen den Flächen 9 und 12 bezeichnet. Das Strahlenbündel besitzt gegenüber Fläche 10 einen Abstand x von z.B. 0,15 d (d: Durchmesser des Strahleintritts-Strah- lenbündels) . Der Abstand x ist erforderlich, damit auch bei einem Verkippen der Prismendrehachse eine korrekte Umlenkung eines Strahlenbundels erfolgt.FIG. 2a shows a square prism according to Wollaston for comparison with a prism according to the invention. It has two non-mirrored surfaces 9, 10, which form a right angle, " as well as two mirrored surfaces 11, 12. The surfaces 10, 11 and the surfaces 9, 12 enclose an angle of 67.5 °. A beam of which only shows rays 13, 14, 15, enters the square prism perpendicularly through the surface 9, is reflected on the mirrored surface 11 and subsequently totally reflected on the surfaces 9, 10. After reflection on the surface 12, the beam emerges Surface 10. The emerging beam is deflected by 90 ° with respect to the incoming beam, and the beam axis (14) is also the axis of rotation of the quadrangular prism 10 and the cut edge between the surfaces 9 and 12. The beam has a distance x of, for example, 0.15 d (d: diameter of the beam line) compared to surface 10 ritts beam). The distance x is required so that too when the prism axis of rotation is tilted, a beam of rays is deflected correctly.
In Figur 2b ist ein erfindungsgemäßes Dreieckprisma darge¬ stellt, das zum Ablenken eines Strahl mit dem gleichen Querschnitt d wie in Fig. 2a geeignet ist. Es besitzt zwei unverspiegelte Flächen 4,5 die einen Winkel von 50° ein¬ schließen und eine verspiegelte Fläche 6, die mit der Fläche 5 einen Winkel von 37,5° einschließt. Ein Strahlen¬ bündel, von dem die Strahlen 16, 17, 18 dargestellt sind, trifft senkrecht durch' die Fläche 4 in das Dreieckprisma ein, wird an der unverspiegelten Fläche 5 und an der ver¬ spiegelten Fläche 6 reflektiert und anschließend an der Strahlaustrittsfläche 5 gebrochen. Das Strahlenbündel verläßt das Prisma unter einem Winkel Θ gegenüber der Flächennormalen der Strahlaustrittsfläche. Die Drehachse des Dreiecks-prismas ist in etwa senkrecht zur Prismenflä¬ che 4 orientiert.FIG. 2b shows a triangular prism according to the invention which is suitable for deflecting a beam with the same cross section d as in FIG. 2a. It has two non-mirrored surfaces 4, 5 which form an angle of 50 ° and a mirrored surface 6 which forms an angle of 37.5 ° with surface 5. A bundle of rays, of which the rays 16, 17, 18 are shown, arrives perpendicularly through the surface 4 into the triangular prism, is reflected on the non-mirrored surface 5 and on the mirrored surface 6 and then on the beam exit surface 5 Broken. The beam of rays leaves the prism at an angle Θ with respect to the surface normal of the beam exit surface. The axis of rotation of the triangular prism is oriented approximately perpendicular to the prism surface 4.
In Figur 2 b ist der Idealfall einer nichtverkippten Dreh¬ achse dargestellt. Das Strahlenbündel besitzt wiederum den Querschnitt d. Die Breite der Strahleintrittsfläche 4 überragt beidseitig den Querschnitt des Strahlenbündels um einen Betrag x von beispielsweise 0,1 d, damit bei Verkip¬ pen der Drehachse eine vollständige Umlenkung des Strah¬ lenbündels gewährleistet ist.The ideal case of a non-tilted axis of rotation is shown in FIG. 2b. The beam in turn has the cross section d. The width of the beam entry surface 4 projects beyond the cross-section of the beam on both sides by an amount x of, for example, 0.1 d, so that a complete deflection of the beam is guaranteed when the axis of rotation is tilted.
Im Vergleich zum Viereckprisma nach Wollaston nimmt das Dreieckprisma weniger als die Hälfte an Raum ein, wodurch mehr als die Hälfte Material eingespart wird. Auch die Eingangsschnittweite ist gegenüber dem Viereckprisma nach Wollaston wesentlich verringert. Die Zahlenwerte der Ausführungsbeispiele stellen keine Beschränkung der Allgemeinheit dar. Die Wahl der Winkel hängt sowohl vom jeweiligen Anwendungsfall als auch von der Brechkraft des verwendeten Prismen-Materials ab. Compared to the Wollaston square prism, the triangular prism takes up less than half the space, saving more than half of the material. The entrance focal length is also significantly reduced compared to the Wollaston square prism. The numerical values of the exemplary embodiments do not represent any restriction of generality. The choice of the angles depends both on the respective application and on the refractive power of the prism material used.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Vorrichtung zum Ablenken eines Strahlenbündels um einen vorgebbaren Winkel (0) , mit einem Umlenkprisma, das um die Achse des einfallenden Strahlenbündels drehbar ist, und dessen Strahleintritts¬ fläche senkrecht zur Drehachse liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlaustrittsfläche (5) des Umlenkprismas mit der Strahleintrittsfläche (4) einen Winkel (α) einschließt, der so festgelegt ist,1. A device for deflecting a beam by a predeterminable angle (0), with a deflecting prism which is rotatable about the axis of the incident beam, and whose beam entry surface is perpendicular to the axis of rotation, characterized in that the beam exit surface (5) of the deflecting prism forms an angle (α) with the beam entry surface (4), which is defined in such a way
- daß das durch die Strahleintrittsfläche (4) eintretende Strahlenbündel zunächst an der Strahlaustrittsfläche (5) total reflektiert wird, und- That the beam entering through the beam entry surface (4) is initially totally reflected at the beam exit surface (5), and
- daß das Strahlenbündel nach Reflexion an einer weiteren Fläche (6) des Umlenkprismas an der Strahlaustrittsflache (5) gebrochen wird und unter einem Winkel δ gegen die Flächennormale der Strahlaustrittsfläche (5) aus dem Pris¬ ma austritt, wobei gilt:- That the beam is reflected after reflection on another surface (6) of the deflecting prism at the beam exit surface (5) and emerges from the prism at an angle δ to the surface normal of the beam exit surface (5), where:
+ δ = .+ δ =.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenbündel um 90° ab¬ gelenkt wird (0 = 90°).2. Device according to claim 1, characterized in that the beam is deflected by 90 ° ab¬ (0 = 90 °).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (6) , an der das Strahlehbündel die zweite Reflexion erfährt, -mit einer Reflexionsschicht versehen ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the surface (6) on which the beam bundle experiences the second reflection is provided with a reflective layer.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen der Strahleintrittsfläche (4) und der Strahlaustrittsfläche (5) ca. 50° und der Winkel (T) zwischen der Strahlaus¬ trittsfläche (5) und der weiteren Fläche ca. 37,5° be¬ trägt.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the angle (α) between the beam entry surface (4) and the beam exit surface (5) about 50 ° and the angle (T) between the beam exit surface (5) and the further surface is approximately 37.5 °.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen der Strahleintrittsfläche (4) und der Strahlaustrittsfläche (5) ca. 60° und der Winkel zwischen der Strahlaustritts¬ fläche und der weiteren Fläche (6) ca. 39,7° beträgt.5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the angle (α) between the beam entry surface (4) and the beam exit surface (5) about 60 ° and the angle between the beam exit surface and the further surface (6 ) is approximately 39.7 °.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umlenkprisma ein Abbil¬ dungssystem zugeordnet ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the deflection prism is associated with an imaging system.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine Laserdiode den abzulenkenden Lichtstrahl erzeugt, und daß die Verzerrung des Lichtstrahlquerschnittes durch das Prisma die Abweichung des Querschnitts des von der Laser¬ diode erzeugten Lichtstrahls von der Kreisform wenigstens teilweise kompensiert. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a laser diode generates the light beam to be deflected in a manner known per se, and in that the distortion of the light beam cross section through the prism is the deviation of the cross section of the light beam generated by the laser diode from the Circular shape at least partially compensated.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4128469C2 (en) * 1991-08-28 1997-12-18 Hell Ag Linotype Beam splitter device
DE4130977C2 (en) * 1991-09-18 1994-05-19 Hell Ag Linotype Beam deflector
DE4132025C2 (en) * 1991-09-26 1994-07-21 Hell Ag Linotype Beam deflector
GB9127241D0 (en) * 1991-12-23 1992-02-19 Crosfield Electronics Ltd Light deflecting device
DE10261530A1 (en) * 2002-12-23 2004-07-22 Gerhard Wanger Optical element for attachment to a shaft

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3442575A (en) * 1965-03-04 1969-05-06 Bell Aerospace Corp Optical scanning system
US4297031A (en) * 1979-09-26 1981-10-27 Hamar M R Apparatus and process for sweeping a flat optical light plane
CA1176879A (en) * 1981-02-06 1984-10-30 Gary K. Starkweather Single facet wobble free scanner
JPS61160841A (en) * 1985-01-09 1986-07-21 Nippon Kogaku Kk <Nikon> Tracking device of optical head
DE3628460A1 (en) * 1986-08-21 1988-02-25 Dornier System Gmbh DEVICE FOR HIGH-RESOLUTION STEREOSCOPIC RECORDING OF IMAGES
DE3707023A1 (en) * 1987-03-05 1988-09-15 Rodenstock Optik G DEVICE FOR DEFLECTING A BEAM
GB8720923D0 (en) * 1987-09-05 1987-10-14 Emi Plc Thorn Optical image rotators

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9015354A1 *

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