WO2015014857A1

WO2015014857A1 - Vorrichtung zur ablenkung eines lichtstrahls

Info

Publication number: WO2015014857A1
Application number: PCT/EP2014/066311
Authority: WO
Inventors: Iouri Mikliaev; Mikhail Ivanenko; Aleksei Mikhailov
Original assignee: Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2015-02-05
Also published as: CN105408776A; DE102013108066A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls (5), umfassend -Ablenkmittel, die mindestens einen Träger (1, 10, 11) mit mindestens einer gekrümmten optisch funktionalen Grenzfläche (2, 12, 13) aufweisen, von der der abzulenkende Lichtstrahl (5) durch Brechung oder Reflexion abgelenkt werden kann, wobei sich zumindest in einer ersten Richtung (X) die Krümmung der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche (2, 12, 13) ändert oder wobei sich in der ersten Richtung (X) die Neigung der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche (2, 12, 3) hinsichtlich einer zweiten, zu der ersten Richtung (X) senkrechten Richtung (Y) ändert, -Bewegungsmittel, die den mindestens einen Träger (1, 10, 1) in der ersten Richtung (X) bewegen können, so dass sich durch die Bewegung der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche (2, 12, 13) die Richtung ändert, in die der Lichtstrahl (5) abgelenkt wird, wobei die Vorrichtung anamorphotische Fokussiermittel (4) umfasst, die den abzulenkenden Lichtstrahl (5) hinsichtlich der ersten Richtung (X) stärker auf die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche (2, 12, 13) fokussieren können als hinsichtlich der zweiten Richtung (Y).

Description

„Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Definitionen: Mit Laserstrahl, Lichtstrahl, Teilstrahl oder Strahl ist, wenn nicht ausdrücklich anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer

Lichtstrahl, wie beispielsweise ein Laserstrahl, der keinen

infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt aufweist. Mit Richtung, insbesondere erster Richtung, soll im

Folgenden sowohl eine Richtung bezeichnet werden können, die parallel zu einer Geraden verläuft, als auch eine Umfangsrichtung eines Kreises oder eines Zylinders, die sich in Abhängigkeit von dem Azimutwinkel des Kreises oder des Zylinders stetig ändert. Mit anamorph oder anamorphotisch soll die Eigenschaft einer optischen Abbildung oder einer optischen Fokussierung oder einer optischen Kollimierung bezeichnet werden, wenn die Abbildung oder die

Fokussierung oder die Kollimierung in zwei zueinander senkrechten Richtungen unterschiedlich erfolgt. Beispielsweise wird mit einer Zylinderlinse eine anamorphotische Abbildung oder Fokussierung oder Kollimierung erreicht, weil die Zylinderlinse nur in einer ersten, nicht jedoch in der dazu senkrechten zweiten Richtung fokussiert. Mit Zylinderlinse oder Zylinderspiegel sollen im Folgenden optische Komponenten mit zylindrischen oder teilzylindrischen Oberflächen bezeichnet werden, die eine von einem Kreiszylinder abweichende zylindrische Form aufweisen können.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der WO

99/46625 A1 bekannt. Die darin beschriebenen Vorrichtung umfasst als Ablenkmittel einen beispielsweise transparenten Träger mit einer tordierten beziehungsweise propellerähnlichen optisch funktionalen Grenzfläche. Durch Bewegen dieser Fläche in einer ersten oder einer dazu senkrechten zweiten Richtung kann ein auf die Grenzfläche auftreffender Lichtstrahl in zwei zueinander unabhängige Richtungen abgelenkt werden. Als nachteilig bei der vorbekannten Vorrichtung ist die niedrige Auflösung im Fernfeld des abgelenkten Lichtstrahls beziehungsweise die vergleichsweise geringe Scangeschwindigkeit des abgelenkten Lichtstrahls anzusehen.

Eine weitere Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls ist aus der WO 87/05766 A1 bekannt. Diese Schrift offenbart einen polygonalen Spiegel als Ablenkmittel. Um mit einem derartigen polygonalen

Spiegel eine hohe Auflösung im Fernfeld des abgelenkten Lichtstrahls zu erreichen, müssen die Spiegelflächen in Umfangsrichtung sehr ausgedehnt sein. Dies führt zu einer großen Masse des Systems und einer vergleichsweise begrenzten Scangeschwindigkeit der

Ablenkung. Weiterhin treten jeweils bei dem Wechsel von einer

Spiegelfläche zur nächsten Totzeiten auf, in denen der Strahl nicht gezielt abgelenkt wird.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die eine hohe Auflösung bei gleichzeitig großer Scangeschwindigkeit und/oder geringen Totzeiten erreichen kann.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung. Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Vorrichtung

anamorphotische Fokussiermittel umfasst, die den abzulenkenden Lichtstrahl hinsichtlich der ersten Richtung stärker auf die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche fokussieren können als hinsichtlich der zweiten Richtung. Insbesondere können dabei die anamorphotischen Fokussiermittel derart ausgebildet sein, dass ausschließlich hinsichtlich der ersten Richtung, nicht jedoch

hinsichtlich der zweiten Richtung eine Fokussierung auf die

mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche stattfindet. Durch die vergleichsweise große Ausdehnung des Auftreffbereichs des

Lichtstrahls in der zweiten Richtung lässt sich eine hohe Auflösung beziehungsweise eine hohe Anzahl von voneinander aufgelösten Punkten im Fernfeld des austretenden Lichtstrahls erreichen. Durch die kleine Ausdehnung des Auftreffbereichs des Lichtstrahls in der ersten Richtung lässt sich eine möglichst kurze Schaltzeit zwischen den einzelnen voneinander aufgelösten Punkten im Fernfeld

erreichen.

Dabei können die anamorphotischen Fokussiermittel als Zylinderlinse ausgebildet sein oder eine Zylinderlinse umfassen, deren

Zylinderachse in der zweiten Richtung ausgerichtet ist, und/oder als Zylinderspiegel ausgebildet sein oder einen Zylinderspiegel

umfassen, deren Zylinderachse in der zweiten Richtung ausgerichtet ist. Es besteht die Möglichkeit, dass die mindestens eine optisch

funktionale Grenzfläche zumindest abschnittsweise eine tordierte Fläche oder eine Fläche mit einer zumindest abschnittsweise

propellerähnlichen Form ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche eine

Mehrzahl von tordierten Flächen oder Flächen mit einer zumindest abschnittsweise propellerähnlichen Form aufweist, wobei die

Mehrzahl der Flächen insbesondere in der ersten Richtung

nebeneinander angeordnet sind und vorzugsweise stufenlos

ineinander übergehen. Durch die Ausbildung der optisch funktionalen Grenzfläche als tordierte Fläche kann durch Bewegung der Grenzfläche in der ersten Richtung eine Änderung der Ablenkung des Lichtstrahls in der dazu senkrechten zweiten Richtung erreicht werden. Die optisch funktionale Grenzfläche kann insbesondere als refraktives Bauteil oder als Spiegel ausgebildet sein. Insbesondere können dabei die Ablenkmittel derart gestaltet sein, dass die Ablenkung des Lichtstrahls in einer Ebene erfolgt, die von der zweiten Richtung und einer dritten, zu der ersten und der zweiten Richtung senkrechten Richtung aufgespannt wird, wobei die dritte Richtung insbesondere der mittleren Ausbreitungsrichtung des

Lichtstrahls entspricht.

Es besteht die Möglichkeit, dass der mindestens eine Träger als plattenähnliches Teil ausgebildet ist oder ein plattenähnliches Teil umfasst, wobei die Bewegungsmittel insbesondere derart gestaltet sind, dass sie den mindestens einen Träger in der ersten Richtung längs einer Geraden bewegen können. Durch eine, insbesondere kontinuierliche, Bewegung des mindestens einen Trägers in der ersten Richtung kann der austretende Lichtstrahl über einen

vorgegebenen Winkelbereich gescannt werden. Um eine Hin- und Herbewegung des Lichtstrahls zu erreichen, kann der mindestens eine Träger hin und her bewegt werden, beispielsweise durch eine

Vibrationsbewegung.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die erste Richtung der Umfangsrichtung eines Kreises, die zweite Richtung der radialen Richtung des Kreises und die dritte Richtung der axialen Richtung des Kreises entsprechen, wobei sich die erste Richtung mit dem

Azimutwinkel des Kreises ändert. Dabei kann der mindestens eine Träger als plattenähnliches Teil ausgebildet sein oder ein

plattenähnliches Teil umfassen, wobei die Bewegungsmittel

insbesondere derart gestaltet sind, dass sie den mindestens einen Träger um eine Achse drehen können, so dass die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche in der ersten Richtung längs eines umlaufenden Wegs bewegt wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass keine Totzeiten auftreten, weil die Grenzfläche über den Umfang stetig angeordnet sein kann.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste Richtung der

Umfangsrichtung eines Zylinders, die zweite Richtung der axialen Richtung des Zylinders und die dritte Richtung der radialen Richtung des Zylinders entsprechen, wobei sich die erste Richtung mit dem Azimutwinkel des Zylinders ändert. Dabei kann der mindestens eine Träger als Zylinder ausgebildet sein, bei dem die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche auf der Mantelfläche angeordnet ist, wobei die Bewegungsmittel insbesondere derart gestaltet sind, dass sie den mindestens einen Träger um die Achse des Zylinders drehen können, so dass die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche in der ersten Richtung längs des Zylinderumfangs bewegt wird. Auch hier kann somit erreicht werden, dass keine Totzeiten auftreten, weil die Grenzfläche über den Umfang stetig angeordnet sein kann.

Es besteht die Möglichkeit, dass der mindestens eine Träger

mindestens zwei Zylinderlinsen mit zueinander senkrechten

Zylinderachsen oder mindestens zwei Zylinderspiegel mit zueinander senkrechten Zylinderachsen oder mindestens eine Zylinderlinse und mindestens einen Zylinderspiegel umfasst, deren Zylinderachsen zueinander senkrecht ausgerichtet sind. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Zylinderachsen der mindestens einen

Zylinderlinse und/oder des mindestens einen Zylinderspiegels unter einem Winkel von +45° und/oder von -45° zu der ersten Richtung ausgerichtet sind. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass von den mindestens zwei Zylinderlinsen mit zueinander senkrechten Zylinderachsen mindestens eine eine positive Brechkraft und mindestens eine eine negative Brechkraft aufweist, oder dass von den mindestens zwei Zylinderspiegeln mit zueinander senkrechten

Zylinderachsen mindestens einer eine positive Brechkraft und

mindestens einer eine negative Brechkraft aufweist, oder dass von der mindestens eine Zylinderlinse und dem mindestens einen

Zylinderspiegel entweder mindestens eine der Zylinderlinsen eine positive Brechkraft und mindestens einer der Zylinderspiegel eine negative Brechkraft aufweist oder mindestens eine der Zylinderlinsen eine negative Brechkraft und mindestens einer der Zylinderspiegel eine positive Brechkraft aufweist. Bei gleichzeitigem Vorsehen von anamorphotischen Fokussiermitteln in Ausbreitungsrichtung des

Lichtstrahls vor dem mindestens einen Träger wird durch Bewegung des mindestens einen Trägers in der ersten Richtung eine

Veränderung der Ablenkung in der zweiten Richtung erreicht.

Insbesondere verhält sich eine derartige Vorrichtung ähnlich wie eine mit einer tordierten Grenzfläche versehene Vorrichtung.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Vorrichtung in

Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls hinter dem mindestens einen Träger anamorphotische Kol I im ierm ittel umfasst, die insbesondere eine Zylinderlinse umfassen, deren Zylinderachse parallel zu der Zylinderachse der anamorphotischen Fokussiermittel ist.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Vorrichtung Optikmittel zur

Reduzierung von Abberationen umfasst, wobei die Optikmittel insbesondere vor oder hinter dem mindestens einen Träger oder vor den Fokussiermitteln oder hinter den Kollimiermitteln angeordnet sind. Diese Optikmittel können Abberationen reduzieren, die beispielsweise durch die tordierte Form der optisch funktionalen Grenzfläche oder von einer Verschiebung der Fokusebene der anamorphotischen

Fokussiermittel hervorgerufen werden. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter

Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden

Abbildungen. Darin zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Trägers einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer optisch funktionalen Grenzfläche;

Fig. 2 der Träger gemäß Fig. 1 in einer erläuternden Darstellung;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer erläuternden Darstellung;

Fig.4 eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf eine zweite

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß

Fig. 5;

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer dritten

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 7;

Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß

Fig. 7; Fig. 10 eine schematische perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 11 eine weitere schematische perspektivische Ansicht der

Vorrichtung gemäß Fig. 10;

Fig. 12 eine schematische Vorderansicht der Vorrichtung gemäß

Fig. 10;

Fig. 13a eine erste schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 10;

Fig. 13b eine zweite schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 10;

Fig. 13c eine dritte schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 10;

Fig. 13d eine vierte schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 10.

In den Figuren sind gleiche oder funktional gleiche Teile und

Lichtstrahlen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weiterhin sind in einigen der Figuren kartesische Koordinatensysteme eingezeichnet, um die Orientierung zu erleichtern.

Aus Fig. 1 und Fig.2 ist ein Träger 1 ersichtlich, der plattenähnlich ausgebildet ist und als Ablenkmittel dienen kann. Dieser Träger 1 weist auf seiner in den Figuren vorderen Seite eine strukturierte optisch funktionale Grenzfläche 2 auf. Seine Rückseite ist im abgebildeten Ausführungsbeispiel eine plane Fläche 3. Auf der Grenzfläche 2 sind in X-Richtung eine Mehrzahl von lediglich zur Erläuterung in Fig.2 eingezeichneten Teilflächen 2a, 2b, 2c, 2p, 2o nebeneinander angeordnet, wobei jede dieser Teilflächen 2a, 2b, 2c, 2m, 2p, 2o eine tordierte Fläche ist und eine gewisse Ähnlichkeit mit der Oberfläche eines Propellers aufweist. Die

einzelnen Teilflächen 2a, 2b, 2c, 2m, 2p, 2o gehen übergangslos ineinander über und bilden zusammen die stufenlose kontinuierliche Grenzfläche 2 (siehe Fig. 1).

Beispielsweise weist die Teilfläche 2c an dem in Fig.2 rechten Rand der Grenzfläche 2 eine konvexe Krümmung auf, die bei Fortschreiten auf der Grenzfläche 2 in Y-Richtung kleiner wird und in eine konkave Krümmung an dem in Fig.2 linken Rand der Grenzfläche 2 übergeht. Dementsprechend weist die Teilfläche 2m an dem in Fig.2 rechten Rand der Grenzfläche 2 eine konkave Krümmung auf, die bei

Fortschreiten auf der Fläche in Y-Richtung kleiner wird und in eine konvexe Krümmung an dem in Fig.2 linken Rand der Grenzfläche 2 übergeht. Dabei ändert sich jeweils die Krümmung bei Fortschreiten in Y-Richtung auf der Grenzfläche 2 kontinuierlich.

Weiterhin sind die Teilflächen 2a, 2b, 2c, 2p, 2o in X-Richtung derart nebeneinander angeordnet, dass sich die Krümmung bei

Fortschreiten in X-Richtung auf der Grenzfläche 2 ebenfalls

kontinuierlich ändert. Beispielsweise nimmt bei Fortschreiten auf dem in Fig.2 rechten Rand der Grenzfläche 2 ausgehend von der

Teilfläche 2a in negativer X-Richtung die konvexe Krümmung zu, bis etwa im Bereich der Teilfläche 2c die maximale Krümmung erreicht ist. Anschließend nimmt die konvexe Krümmung ab und geht in eine konkave Krümmung über. Diese geht in eine konvexe Krümmung über, die wiederum in eine konkave Krümmung etwa im Bereich der

Teilfläche 2m übergeht. Dabei ändert sich bei dem Fortschreiten in X-Richtung oder in negativer X-Richtung auf der Grenzfläche 2 nicht nur die Krümmung in X-Richtung, sondern auch die Krümmung in Y-Richtung. Das

bedeutet, dass bei Fortschreiten in X-Richtung eine unterschiedlich starke Ablenkung eines durch die Grenzfläche 2 hindurchtretenden

Lichtstrahls in Y-Richtung erfolgt. Es besteht die Möglichkeit, dass in der Mitte zwischen dem rechten und dem linken Rand der optisch funktionalen Grenzfläche 2 in Fig. 1 und Fig. 2 ein Bereich existiert, in dem sich bei dem Fortschreiten in X-Richtung lediglich die

Krümmung in Y-Richtung, nicht jedoch die Krümmung in X-Richtung ändert.

Es besteht durchaus die Möglichkeit, dass mehr oder weniger als die abgebildeten Teilflächen 2a, 2b, 2c, 2p, 2o in X-Richtung

nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere können mehr konkave und konvexe Bereiche als in Fig. 1 und Fig.2 abgebildet auf der Grenzfläche 2 vorgesehen sein.

Die in Fig.3 und Fig.4 abgebildete erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst einen Träger 1 gemäß Fig. 1 und Fig.2 sowie als plankonvexe Zylinderlinse ausgebildete

anamorphotische Fokussiermittel 4, die in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 5 vor dem Träger 1 angeordnet sind. Dabei entspricht die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 5 im Wesentlichen der Z- Richtung. Weiterhin ist die Zylinderlinse der anamorphotischen Fokussiermittel 4 derart ausgerichtet, dass sich ihre Zylinderachse in Y-Richtung erstreckt.

Der abzulenkende Lichtstrahl 5 kann insbesondere ein Laserstrahl sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, anstelle einer plankonvexen

Zylinderlinse auch eine bikonvexe oder eine konvexkonkave

Zylinderlinse zu verwenden. Alternativ oder zusätzlich besteht auch die Möglichkeit anstelle einer Zylinderlinse eine Mehrzahl von

Zylinderlinsen vorzusehen.

In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die optisch funktionale Grenzfläche 2 des Trägers 1 dem Lichtstrahl 5 zugewandt und dient damit als Eintrittsfläche. Dementsprechend tritt der Lichtstrahl 5 aus der planen Fläche 3 aus dem Träger 1 aus. Es besteht jedoch durchaus auch die Möglichkeit, den Träger 1 so in der Vorrichtung anzuordnen, dass die plane Fläche 3 als Eintrittsfläche und die optisch funktionale Grenzfläche 2 als Austrittsfläche dient.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, sowohl als Eintrittsfläche, als auch als Austrittsfläche eine optisch funktionale Fläche 2 vorzusehen. Die anamorphotischen Fokussiermittel 4 fokussieren den Lichtstrahl 5 nur hinsichtlich der X-Richtung auf die optisch funktionale

Grenzfläche 2, wohingegen der Lichtstrahl 5 hinsichtlich der Y- Richtung die anamorphotischen Fokussiermittel 4 unbeeinflusst passiert. Dadurch ergibt sich auf der optisch funktionalen Grenzfläche 2 eine Fokuslinie, die sich in Y-Richtung erstreckt und in X-Richtung ein sehr geringe Ausdehnung beispielsweise im μηη-Bereich aufweist.

Zur Ablenkung des Lichtstrahls wird der Träger in X-Richtung oder in negativer X-Richtung bewegt. Dabei wird aufgrund der Gestaltung der optisch funktionalen Grenzfläche 2 der Lichtstrahl je nach X- Koordinate unterschiedlich stark in Y-Richtung abgelenkt. Es kann dabei vorgesehen sein, dass als Auftreffbereich für den Lichtstrahl 5 ein hinsichtlich der Y-Richtung mittlerer Bereich ausgewählt wird, der sich dadurch auszeichnet, dass bei Bewegung des Lichtstrahls in X- Richtung lediglich eine Änderung der Ablenkung in Y-Richtung stattfindet, wohingegen der Lichtstrahl 5 hinsichtlich der X-Richtung weitgehend unabgelenkt durch den Träger 1 hindurchtritt.

Es besteht also die Möglichkeit, dass eine Ablenkung des Lichtstrahls 5 weitgehend oder ausschließlich in einer Y-Z-Ebene erfolgt.

Durch eine, insbesondere kontinuierliche, Bewegung des Trägers 1 in X-Richtung kann also der austretende Lichtstrahl 5 über einen vorgegebenen Winkelbereich gescannt werden. Durch die Anordnung mehrerer tordierter Teilflächen 2a, 2b, 2c, 2p, 2o in X-Richtung nebeneinander auf der Grenzfläche 2 erfolgt dabei in Y-Richtung eine Hin- und Herbewegung des Lichtstrahls 5. Alternativ kann

beispielsweise bei nur einer tordierten Fläche eine Hin- und

Herbewegung des Lichtstrahls 5 dadurch erreicht werden, dass der Träger 1 hin und her bewegt wird, beispielsweise durch eine

Vibrationsbewegung.

Aufgrund der sehr kleinen Ausdehnung des Auftreffbereichs des Lichtstrahls auf der Grenzfläche 2 in X-Richtung lässt sich bei entsprechend großer Geschwindigkeit des Trägers 1 in X-Richtung eine sehr schnelle Änderung der Ablenkung in Y-Richtung und damit eine möglichst kurze Schaltzeit zwischen einzelnen voneinander aufgelösten Punkten im Fernfeld erreichen. Gleichzeitig lässt sich durch die vergleichsweise große Ausdehnung des Auftreffbereichs des Lichtstrahls auf der Grenzfläche 2 in Y-Richtung eine hohe

Auflösung beziehungsweise eine hohe Anzahl von voneinander aufgelösten Punkten im Fernfeld des austretenden Lichtstrahls 5 erreichen. Ein typisches Beispiel für den genannten Auftreffbereich ist ein Strahlquerschnitt in Y-Richtung auf der Grenzfläche 2 von etwa 10 mm und ein Strahlquerschnitt in X-Richtung auf der Grenzfläche 2 von etwa 10 μιτι. Es besteht die Möglichkeit, den Träger 1 nicht transparent, sondern reflektierend auszugestalten, so dass der auf die Grenzfläche 2 fokussierte Lichtstrahl 5 nicht gebrochen, sondern reflektiert wird. Der austretende Lichtstrahl könnte dann beispielsweise mittels eines Polarisationsfilters von dem eintretenden Lichtstrahl 5 getrennt werden.

Fig.5 und Fig.6 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem der Träger 1 als

Kreiszylinder ausgebildet ist. Die Grenzfläche 2 ist auf der

Mantelfläche des Zylinders angeordnet und erstreckt sich nicht linear, sondern in Umfangsrichtung des Zylinders. Dabei sind die aus Fig.2 beispielhaft ersichtlichen Teilflächen 2a, 2b, 2c, 2p, 2o der

Grenzfläche 2 in Umfangsrichtung des Zylinders nebeneinander angeordnet, so dass eine Rotation des Zylinders einer Bewegung des Trägers der Fig.3 und Fig.4 in X-Richtung entspricht.

An dieser Stelle soll angemerkt werden, dass in Fig.6 eine Y- Richtung eingezeichnet ist, die der axialen Richtung des Zylinders entspricht. Weiterhin ist in Fig. 5 eine X-Richtung eingezeichnet, die der Umfangsrichtung des Zylinders entspricht, sich also mit dem

Azimutwinkel φ des Zylinders ändert.

Der Träger 1 gemäß Fig.5 und Fig.6 kann um die Achse 6 des

Zylinders gedreht werden wie durch den Pfeil 7 angedeutet ist. Die Umfangsrichtung ist daher abhängig von dem Azimutwinkel φ, um den der Träger 2 gedreht wird. Auch bei der in Fig.5 und Fig.6 abgebildeten zweiten

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind als plankonvexe Zylinderlinse ausgebildete anamorphotische

Fokussiermittel 4 vorgesehen, die in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 5 vor dem Träger 1 angeordnet sind. Die

anamorphotischen Fokussiermittel 4 können wie die zur Fig.3 und Fig.4 geschilderten Fokussiermittel 4 gestaltet sein.

In dem in Fig. 5. und Fig.6 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Grenzfläche 2 reflektierend ausgebildet. Es besteht jedoch durchaus die Möglichkeit, für den Träger 1 ein transparentes Substrat oder ein transparentes Rohr zu verwenden, so dass der Lichtstrahl durch die Grenzfläche 2 hindurch tritt und durch Brechung abgelenkt wird. Bei der Ausbildung des Trägers 1 als transparentes Rohr besteht die Möglichkeit entweder die Außenseite oder die Innenseite mit einer optisch funktionalen Grenzfläche 2 zu versehen. Weiterhin können alternativ die Außenseite und die Innenseite mit einer optisch

funktionalen Grenzfläche 2 versehen sein.

Fig.7 bis Fig.9 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem der Träger 1 als Scheibe mit einem kreisförmigen Umfang ausgebildet ist. Die aus Fig. 2

beispielhaft ersichtlichen Teilflächen 2a, 2b, 2c, 2p, 2o der

Grenzfläche 2 sind in Umfangsrichtung des Kreises auf dem Träger 1 nebeneinander angeordnet, so dass eine Rotation der Scheibe einer Bewegung des Trägers der Fig.3 und Fig.4 in X-Richtung entspricht.

Der Träger 1 gemäß Fig. 7 bis Fig.9 kann um die Achse 8 des

Kreises gedreht werden wie durch die Pfeile 9 in Fig. 7 und Fig. 8 angedeutet ist. Die der X-Richtung entsprechende Umfangsrichtung ist daher abhängig von dem Azimutwinkel φ, um den der Träger 1 gedreht wird.

Auch bei der in Fig.7 bis Fig.9 abgebildeten dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind als plankonvexe

Zylinderlinse ausgebildete anamorphotische Fokussiermittel 4 vorgesehen, die in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 5 vor dem Träger 1 angeordnet sind. Die anamorphotischen Fokussiermittel 4 können wie die zur Fig.3 und Fig.4 geschilderten Fokussiermittel 4 gestaltet sein. In dem in den Fig. 7 bis Fig.9 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Grenzfläche 2 reflektierend ausgebildet. Es besteht jedoch durchaus die Möglichkeit, den Träger 1 als transparente Scheibe auszubilden, so dass der Lichtstrahl durch die Grenzfläche 2 hindurch tritt und durch Brechung abgelenkt wird. Bei der Ausbildung des Trägers 1 als transparente Scheibe besteht die Möglichkeit entweder die Eintrittsfläche oder die Austrittsfläche mit einer optisch

funktionalen Grenzfläche 2 zu versehen. Weiterhin können alternativ die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche mit einer optisch

funktionalen Grenzfläche 2 versehen sein. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, den Träger 1 in Umfangsrichtung in einzelne Segmente 1a, 1b, 1c, ... zu unterteilen, wobei die

einzelnen Segmente 1a, 1b, 1c, ... Paare von Linsen oder Paare von Linsen und Spiegeln auf der Vorderseite und der Rückseite des Trägers 1 umfassen können. Beispielsweise kann auf diese Weise jeweils eine konvexe Linse mit einer konkaven Linse

zusammengefasst sein. Weiterhin können eine konvexe Linse mit einem konvexen Spiegel oder eine konkave Linse mit einem konkaven Spiegel zusammengefasst sein.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 10 bis Fig. 13d umfasst als strahlablenkende Strukturen zwei als zueinander gekreuzte

Zylinderlinsen ausgebildete Träger 10, 11, die jeweils mindestens eine gekrümmte optisch funktionale Grenzfläche 12, 13 aufweisen. Die Träger 10, 11 sind in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 5 hinter einem als plankonvexe Zylinderlinse ausgebildeten anamorphotischen Fokussiermittel 4 angeordnet. In

Strahlausbreitungsrichtung Z hinter den als zueinander gekreuzten Zylinderlinsen ausgebildeten Trägern 10, 11 ist ein als plankonvexe Zylinderlinse ausgebildetes anamorphotisches Kol I im ierm ittel 14 angeordnet.

Dabei sind die Zylinderachsen der Fokussiermittel 4 und der

Kollimiermittel 12 in Y-Richtung ausgerichtet. Dagegen sind die Zylinderachsen der mittleren als zueinander gekreuzte Zylinderlinsen ausgebildeten Träger 10, 11 beziehungsweise die Zylinderachsen der optisch funktionalen Grenzflächen 12, 13 um 45° beziehungsweise um -45° zu der Y-Richtung ausgerichtet. Insbesondere erstreckt sich die Zylinderachse des ersten beziehungsweise in den Fig. 10 und Fig. 13a bis Fig. 13d linken Trägers 10 in eine in Fig. 12 mit Y'

bezeichnete Richtung, wohingegen sich die Zylinderachse des in den Fig. 10 und Fig. 13a bis Fig. 13d rechten Trägers 11 in eine in Fig. 12 mit X' bezeichnete Richtung erstreckt.

Die beiden als zueinander gekreuzte Zylinderlinsen ausgebildeten Träger 10, 11 beziehungsweise die optisch funktionalen Grenzflächen 12, 13 können eine Ablenkung des Lichtstrahls 5 erreichen, die derjenigen durch die tordierten Flächen der Grenzfläche 2 entspricht. Insbesondere ändert sich bei gemeinsamer Bewegung der beiden als zueinander gekreuzte Zylinderlinsen 10, 11 ausgebildeten Träger 10, 11 in X-Richtung oder in negativer X-Richtung die Ablenkung des Lichtstrahls in Y-Richtung. Wie bei den ersten drei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auch bei der in den Fig. 10 bis Fig. 13d abgebildeten vierten Ausführungsform der Lichtstrahl von dem Fokussiermittel 4 derart anamorphotisch auf den ersten der beiden Träger 10, 11 beziehungsweise auf dessen optisch funktionale Grenzfläche 12 fokussiert, dass die Ausdehnung des Auftreffbereichs in Y-Richtung deutlich größer als in X-Richtung ist.

Die beiden Träger 10, 11 sind als plankonvexe beziehungsweise plankonkave Zylinderlinsen ausgebildet. Es besteht jedoch durchaus auch die Möglichkeit, bikonvexe und/oder bikonkave Zylinderlinsen vorzusehen.

Auch bei der in Fig. 10 bis Fig. 13d abgebildeten vierten

Fokussiermittel 4 vorgesehen, die in Ausbreitungsrichtung des

Lichtstrahls 5 vor dem Träger 10 angeordnet sind.

Die anamorphotischen Fokussiermittel 4 und/oder die

anamorphotischen Kollimiermittel 14 können wie die zur Fig.3 und Fig.4 geschilderten Fokussiermittel 4 gestaltet sein. Sie können also insbesondere als plankonvexe Zylinderlinse ausgebildet sein, deren Zylinderachse sich in Y-Richtung erstreckt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, anstelle einer plankonvexen Zylinderlinse auch eine bikonvexe oder eine konvexkonkave Zylinderlinse zu verwenden.

Alternativ oder zusätzlich besteht auch die Möglichkeit anstelle einer Zylinderlinse eine Mehrzahl von Zylinderlinsen vorzusehen.

In dem in den Fig. 10 bis Fig. 13d abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die als zueinander gekreuzte Zylinderlinsen ausgebildeten Träger 10, 12 als refraktive Bauteile ausgebildet. Es besteht die Möglichkeit einige oder sämtliche Bauteile des in den Fig. 10 bis Fig. 13d

abgebildeten Ausführungsbeispiels durch reflektive Bauteile, wie beispielsweise durch Zylinderspiegel zu ersetzen.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, die zueinander gekreuzten Zylinderlinsen auf der Vorderseite und der Rückseite eines Trägers 1 vorzusehen, der wie die Ausführungsform gemäß den Fig.7 bis Fig.9 als um eine Achse drehbare Scheibe ausgebildet ist.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die zueinander gekreuzten

Zylinderlinsen auf der Außenseite und der Innenseite eines Trägers 1 vorzusehen, der wie die Ausführungsform gemäß den Fig.5 und Fig. 6 als um eine Achse drehbares hohlzylindrisches Teil ausgebildet ist.

Entsprechend besteht weiterhin die Möglichkeit, die zueinander gekreuzten Zylinderlinsen auf gegenüberliegenden Außenseiten und/oder Innenseiten eines Trägers 1 vorzusehen, der wie die

Ausführungsform gemäß den Fig.5 und Fig.6 als um eine Achse drehbares hohlzylindrisches Teil oder vollzylindrisches Teil

ausgebildet ist.

Die anamorphotischen Fokussiermittel 4 sind in sämtlichen der abgebildeten Ausführungsbeispiele als Zylinderlinsen ausgebildet. Es besteht jedoch durchaus auch die Möglichkeit, anstelle von

refraktiven Bauteilen reflektive Bauteile wie Zylinderspiegel zu verwenden. Weiterhin können anstelle von einzelnen Zylinderlinsen oder Zylinderspiegeln Arrays von Zylinderlinsen oder Arrays von Zylinderspiegeln verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahls (5), umfassend

Ablenkmittel, die mindestens einen Träger (1, 10, 11) mit mindestens einer gekrümmten optisch funktionalen Grenzfläche (2, 12, 13) aufweisen, von der der

abzulenkende Lichtstrahl (5) durch Brechung oder Reflexion abgelenkt werden kann, wobei sich zumindest in einer ersten Richtung (X) die Krümmung der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche (2, 12, 13) ändert oder wobei sich in der ersten Richtung (X) die Neigung der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche (2, 12, 13) hinsichtlich einer zweiten, zu der ersten Richtung (X) senkrechten Richtung (Y) ändert,

Bewegungsmittel, die den mindestens einen Träger (1, 10, 11) in der ersten Richtung (X) bewegen können, so dass sich durch die Bewegung der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche (2, 12, 13) die Richtung ändert, in die der Lichtstrahl (5) abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung

anamorphotische Fokussiermittel (4) umfasst, die den

abzulenkenden Lichtstrahl (5) hinsichtlich der ersten Richtung (X) stärker auf die mindestens eine optisch funktionale

Grenzfläche (2, 12, 13) fokussieren können als hinsichtlich der zweiten Richtung (Y).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (X) der Umfangsrichtung eines Zylinders, die zweite Richtung (Y) der axialen Richtung des Zylinders und eine dritte, zu der ersten und der zweiten Richtung (X, Y) senkrechte Richtung (Z) der radialen Richtung des Zylinders entsprechen, wobei sich die erste Richtung (X) mit dem Azimutwinkel (φ) des Zylinders ändert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Träger (1) als Zylinder ausgebildet ist, bei dem die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche (2) auf der Mantelfläche angeordnet ist, wobei die Bewegungsmittel insbesondere derart gestaltet sind, dass sie den mindestens einen Träger (1) um die Achse (6) des Zylinders drehen können, so dass die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche (2) in der ersten Richtung (X) längs des Zylinderumfangs bewegt werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass der mindestens eine Träger (10, 11) mindestens zwei Zylinderlinsen mit zueinander senkrechten Zylinderachsen oder mindestens zwei Zylinderspiegel mit zueinander senkrechten Zylinderachsen oder mindestens eine Zylinderlinse und mindestens einen Zylinderspiegel umfasst, deren Zylinderachsen zueinander senkrecht ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderachsen der mindestens einen Zylinderlinse und/oder des mindestens einen Zylinderspiegels unter einem Winkel von +45° und/oder von -45° zu der ersten Richtung (X) ausgerichtet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass von den mindestens zwei Zylinderlinsen mit zueinander senkrechten Zylinderachsen mindestens eine eine positive Brechkraft und mindestens eine eine negative Brechkraft aufweist, oder dass von den mindestens zwei Zylinderspiegeln mit zueinander senkrechten Zylinderachsen mindestens einer eine positive Brechkraft und mindestens einer eine negative Brechkraft aufweist, oder dass von der mindestens eine Zylinderlinse und dem mindestens einen Zylinderspiegel entweder mindestens eine der Zylinderlinsen eine positive Brechkraft und mindestens einer der Zylinderspiegel eine negative Brechkraft aufweist oder mindestens eine der Zylinderlinsen eine negative Brechkraft und mindestens einer der Zylinderspiegel eine positive Brechkraft aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls (5) hinter dem mindestens einen Träger (10, 11) anamorphotische Kol I im ierm ittel (14) umfasst, die

insbesondere eine Zylinderlinse umfassen, deren Zylinderachse parallel zu der Zylinderachse der anamorphotischen

Fokussiermittel (4) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass die anamorphotischen Fokussiermittel (4) als Zylinderlinse ausgebildet sind oder eine Zylinderlinse umfassen, deren Zylinderachse sich insbesondere in der zweiten Richtung (Y) erstreckt, und/oder dass die anamorphotischen Fokussiermittel (4) als

Zylinderspiegel ausgebildet sind oder einen Zylinderspiegel umfassen, deren Zylinderachse sich insbesondere in der zweiten Richtung (Y) erstreckt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche (2) zumindest abschnittsweise eine tordierte Fläche oder eine Fläche mit einer zumindest abschnittsweise

propellerähnlichen Form ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass die mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche (2) eine Mehrzahl von tordierten Flächen oder Flächen mit einer zumindest abschnittsweise propellerähnlichen Form aufweist, wobei die Mehrzahl der Flächen insbesondere in der ersten Richtung (X) nebeneinander angeordnet sind und vorzugsweise stufenlos ineinander übergehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, dass die Ablenkmittel derart gestaltet sind, dass die Ablenkung des Lichtstrahls (5) in einer Ebene (Y,Z) erfolgt, die von der zweiten Richtung (Y) und einer dritten, zu der ersten und der zweiten Richtung (X, Y) senkrechten

Richtung (Z) aufgespannt wird, wobei die dritte Richtung (Z) insbesondere der mittleren Ausbreitungsrichtung des

Lichtstrahls (5) entspricht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Träger (1, 10, 11) als plattenähnliches Teil ausgebildet ist oder ein

plattenähnliches Teil umfasst, wobei die Bewegungsmittel insbesondere derart gestaltet sind, dass sie den mindestens einen Träger (1, 10, 11) in der ersten Richtung (X) längs einer Geraden bewegen können.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch

gekennzeichnet, dass die erste Richtung (X) der

Umfangsrichtung eines Kreises, die zweite Richtung (Y) der radialen Richtung des Kreises und die dritte Richtung (Z) der axialen Richtung des Kreises entsprechen, wobei sich die erste Richtung (X) mit dem Azimutwinkel (φ) des Kreises ändert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Träger (1) als plattenähnliches Teil ausgebildet ist oder ein plattenähnliches Teil umfasst, wobei die Bewegungsmittel insbesondere derart gestaltet sind, dass sie den mindestens einen Träger (1) um eine Achse (8) drehen können, so dass die mindestens eine optisch funktionale

Grenzfläche (2) in der ersten Richtung (X) längs eines

umlaufenden Wegs bewegt wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Optikmittel zur

Reduzierung von Abberationen umfasst, wobei die Optikmittel insbesondere vor oder hinter dem mindestens einen Träger (1, 10, 11) oder vor den Fokussiermitteln (4) oder hinter den

Kollimiermitteln (14) angeordnet sind.