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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988006744A1
    申请号:PCT/DE1988/000122
    申请日:1988-03-05
    公开日:1988-09-07
    发明作者:Peter Hanke；Jakob Bleicher
    申请人:Optische Werke G. Rodenstock；
    IPC主号:G02B26-00
    专利说明:
    [0001] Vorrichtung zum Ablenken eines Strahlenbündels
    [0002] B e s c h r e i b u n g
    [0003] Technisches Gebiet
    [0004] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablenken eines Strahlenbündels in eine Ebene ittel eines um eine Achse drehbaren Umlenkprismas konstanter Ablenkung und einem dem Umlenkprisma zugeordneten AbbildungsSystem, insbesondere einem F-θ (Theta)-Objektiv.
    [0005] Stand der Technik
    [0006] Derartige Vorrichtungen werden in Scanner-Systemen ver¬ wendet. In bekannten Scanner-Systemen wird ein von einer Lichtquelle ausgehendes Strahlenbündel durch ein ro¬ tierendes Umlenkelement abgelenkt und mittels eines Ab¬ bildungssystems als Lichtpunkt auf einer abzutastenden Oberfläche abgebildet. Durch die rotierenden Umlenkele¬ mente wird das Strahlenbündel z.B. in eine Ebene abge¬ lenkt. Die Abtastung der Oberfläche erfolgt zeilenweise.
    [0007] In derartigen optischen Abtastsystemen ist es erforder¬ lich, daß die Abtastzeilen Geradlinig sind, wobei aufein¬ ander folgende Abtastzeilen parallel zueinander angeordnet sind, und der Zeilenabstand konstant ist. In der Praxis ergeben sich stets Abweichungen von diesem idealen Be¬ wegungsmuster des Lichtpunktes. So kann z.B. ein in unge¬ nau gefertigten Lagern gelagertes Umlenkelement in eine Flatter- und Vibrationsbewegung (Wobbein) versetzt wer¬ den. Derartige Effekte beeinträchtigen ein genaues Ar¬ beiten des Scanner-Systems. Es ist bekannt, den störenden Einfluß des Wobbelnε mit Hilfe eines Penta-Prismas, das um eine Achse rotiert, die eine der senkrecht zueinander stehenden Seitenflächen durchsetzt, auszugleichen. Durch das Penta-Prisma wird eine konstante, von Verkippungen der Prismendrehachse unabhängige Ablenkung eines Strahlenbündels erzielt. Die Verwendung eines Penta-Prismas innerhalb eines Scanner- Systems ist beispielsweise in der US-PS 4 475 787 ge¬ schildert.
    [0008] Wird ein derartiges Penta-Prisma auf kleinste Dimension ausgelegt, so daß die Eingangsschnittweite des nach¬ folgenden AbbildungsSystems möglichst klein wird, so sind die Gleichlaufeigenschaften des in Rotation versetzten Penta-Prisma unbefriedigend. Dies ist von besonderem Nach¬ teil, da ein Penta-Prisma mit relativ großen Drehzahlen rotiert. Somit ergibt sich die Notwendigkeit, durch auf¬ wendiges Auswuchten des Antriebsmotors und/oder durch relativ niedrige Drehzahlen Beschädigungen des Umlenk¬ elementes durch hohe Zentrifugalkräfte in Grenzen zu hal¬ ten.
    [0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu fertigendes Umlenkprisma der eingangs geschilderten Art mit guten Gleichlaufeigenschaften anzugeben.
    [0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Umlenkprisma ein Viereckprisma nach Wollaston ist und die Drehachse in etwa senkrecht zu einer der beiden Prismen¬ flächen, die einen rechten Winkel miteinander bilden, orientiert ist. Es hat sich gezeigt, daß mit einem an sich bekannten Vier¬ eckprisma nach Wollaston innerhalb einer gattungsgemäßen Vorrichtung eine überraschend günstige Gestaltung des Umlenkelementes hinsichtlich des Abstandes zwischen Dreh¬ achse und Schwerpunkt des Prismas, des Prismengewichtes und des die Eingangsschnittweite des nachgeordneten Ab¬ bildungssystems bestimmenden Abstandes zwischen der Dreh¬ achse und dem von dieser am weitesten entfernten Prismen¬ teil erreicht werden kann. Im Vergleich -zu einem auf kleinste Dimension ausgelegten Penta-Prisma besitzt ein Viereckprisma nach Wollaston ein geringeres Gewicht. Die Eingangsschnittweite des nachfolgenden AbbildungsSystems gleicht maximal der für ein Penta-Prisma erforderlichen Eingangsschnittweite. Von besonderem Vorteil ist jedoch, daß das Viereckprisma nach Wollaston so positioniert wer¬ den kann, daß der mechanische Schwerpunkt des Viereckpris¬ mas dem Schwerpunkt des einfallenden, parallelen Lichtes sehr nahe kommt. Da sich das Prisma um den Schwerpunkt des einfallenden, parallelen Lichtes dreht, gibt es im Ver¬ gleich zum Penta-Prisma fast keine Umwucht mehr. Besonders bei hoher Drehzahl werden damit die Gleichlaufeigenschaf¬ ten erheblich verbessert.
    [0011] Ein Viereckprisma nach Wolle."ton besitzt zwei verspiegelte und zwei unverspiegelte Flächen. Die aneinander angrenzen¬ den unverspiegelten Flächen schließen einen Winkel von 90° miteinander ein.
    [0012] Grundsätzlich wäre eine Strahlenführung möglich, bei der ein Strahlenbündel, das parallel zur Drehachse orientiert ist, durch die erste unverspiegelte Fläche, die ja in etwa senkrecht zur Drehachse liegt, in das Viereckprisma ein- trittt, anschließend an der an die unverspiegelte Fläche angrenzenden verspiegelten Flächen und dann an der weite¬ ren verspiegelten Fläche reflektiert wird, um schließlich über die zweite unverspiegelte Fläche aus dem Viereck¬ prisma auszutreten.
    [0013] Eine optimal kleine Eingangsschnittweite des Abbildungs¬ systems lässt sich jedoch insbesondere mit der im Patent¬ anspruch 2 angegebenen bevorzugten Ausgestaltung der Er¬ findung erzielen.
    [0014] Um auch bei einem Verkippen der Prismendrehachse eine korrekte und vollständige Umlenkung eines Strahlenbündels beibehalten zu können, wird die Eingangsfläche des Vier¬ eckprismas größer als die StrahlenbundelguerSchnittsfläche gewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin¬ dung besitzen die beiden senkrecht zueinander orientierten Prismenflächen in der zu deren Schnittgerade senkrechten Richtung die im Patentanspruch 3 beanspruchten Breite.
    [0015] Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 4 und 5 angegeben.
    [0016] Kurze Beschreibung der Zeichung
    [0017] Die Erfindung wird nachstehend exemplarisch anhand der
    [0018] Zeichung erläutert, in der zeigen:
    [0019] Fig. 1 einen Schnitt durch ein herkömmliches Penta- Prisma,
    [0020] Fig. 2 einen Schnitt durch ein Viereckprisma nach Wollaston. Darstellung eines Ausführungsbeispiels
    [0021] In beiden Figuren sind Umlenkprismen dargestellt, die das eintretende Strahlenbündel um 90° ablenken sollen. In den beiden Figuren sind weder die Abbildungssysteme noch die Halterungen und Lager der jeweiligen Prismen dargestellt. Das einem Prisma zugeordnete AbbildungsSystem kann im Strahlengang vor oder nach dem Prisma angeordnet sein.
    [0022] In Fig. 1 ist ein Penta-Prisma mit unverεpiegelten Flächen 1,2, verspiegelten Flächen 3,4 und einer weiteren Fläche 5 dargestellt. Ein Strahlenbündel, beispielweise ein Laser- Strahlenbündel mit dem Durchmesser d tritt durch die un¬ verspiegelte Fläche 1 in das Penta-Prisma ein. Nach Refle¬ xionen an den verspiegelten Flächen 3, tritt das Strah¬ lenbündel durch die unverspiegelte Fläche 2 aus dem Penta- Prisma aus. Mit Bezugszeichen 6,7,8 sind Strahlen dieses Strahlenbündels bezeichnet. Das Penta-Prisma rotiert um eine Achse, deren Lage mit der Lage des senkrecht zur Fläche 1 orientierten Strahles 7 übereinstimmt. S charak¬ terisiert die Lage des Schwerpunktes, dessen Abstand zur
    [0023] Fläche 2 mit sΛ bezeichnet ist. Der Abstand zwischen Flä- P ehe 2 und der Schnittkante der Flächen 4 und 5 mit t be¬ zeichnet.
    [0024] In Fig. 2 ist ein Viereckprisma nach Wollaston darge¬ stellt. Es besitzt zwei unverspiegelte Flächen 9,10, die einen rechten Winkel bilden, sowie zwei verspiegelte Flächen 11,12. Die Flächen 10,11 und die Flächen 9,12 schließen einen Winkel von 67,5° ein.
    [0025] Ein Strahlenbündel, von dem lediglich Strahlen 13,14,15 dargestellt sind, tritt senkrecht durch Fläche 9 in das Viereckprisma ein, wird an der verspiegelten Fläche 11 reflektiert und nachfolgend an den Flächen 10,9 total reflektiert. Nach Reflexion an der Fläche 12 tritt das Strahlenbündel aus Fläche 10 aus. Das austretende Strah- _ lenbündel ist gegenüber dem eintretenden Strahlenbündel um 90° geknickt. Die Strahlenbündelachse 14 ist auch Dreh¬ achse des Viereckprismas. Die Drehachse ist in etwa senk¬ recht zur Prismenfläche 9 orientiert, d.h. die Drehachse schließt mit der Vertikalen auf die Prismenfläche 9 maxi¬ mal einen Winkel von ca. 4° - abhängig vom Brechwert des Glases - ein.
    [0026] In Fig. 2 ist der Idealfall einer nicht verkippten Dreh¬ achse dargestellt. Die einfallenden 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. Im Ausführungsbeispiel hat das Strahlenbündel gegenüber Fläche 10 einen Abstand x vo z.B. 0,15 d. Der Abstand x ist erforderlich, .damit auch bei einem Verkippen der Prismendrehachse eine korrekte und vollständige Umlenkung eines Strahlenbündels beibehalten wird.
    [0027] Die vom Viereckprisma bewirkte Strahlenablenkung ist ge¬ genüber Verkippungen der Prismendrehachse umempfindlich. Auch bei Verkippungen bleibt der Winkel zwischen dem aus¬ tretenden Strahlenbündel und dem eintretenden Strahlen¬ bündel konstant, wobei das austretende Strahlenbündel lediglich parallel zu sich verschoben ist. Durch die nach¬ folgende Abbildungsoptik, im Ausführungsbeispiel eine F- Theta-Optik eines Scanner-Systems, werden die zueinander parallelen Strahlenbündel fokussiert.
    [0028] Im Vergleich zum Penta-Prisma liegt der Schwerpunkt des Viereckprismas nach Wollaston (Abstand s von Fläche 10) erheblich näher an der Prismendrehachse als der Schwer¬ punkt des Penta-Prismas an dessen Drehachse. Das Viereck¬ prisma besitzt somit fast keine Unwucht mehr. Besonders bei hoher Drehzahl werden damit die Gleichlaufeigenschaf¬ ten im Vergleich zum Penta-Prisma erheblich verbessert. Die Abstände t und a stimmen überein, d.h. in beiden Fäl¬ len ergibt sich für das Abbildungssystem die gleiche Ein¬ gangsschnittweite.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Vorrichtung zum Ablenken eines Strahlenbündels in eine Ebene mittels eines um eine Achse drehbaren Umlenk¬ prismas konstanter Ablenkung und einem dem Umlenkprisma zugeordneten AbbildungsSystem, insbesondere einem F-θ- Objektiv, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkprisma ein Viereck¬ prisma nach Wollaston ist, und daß die Drehachse in etwa senkrecht zu einer der beiden Prismenflächen, die einen rechten Winkel miteinander bilden, orientiert ist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
    - das Viereckprisma weist zwei einen rechten Winkel mit¬ einander einschließende unverspiegelte Flächen und zwei verspiegelte Flächen auf,
    - das Viereckprisma besitzt eine Brechzahl, bei der ein in etwa parallel zur Drehachse orientiertes, durch die erste unverspiegelte Fläche (9) in das Viereckprisma ein¬ getretenes und an der der Eintrittsfläche (9) gegenüber¬ liegendes ersten verspiegelten Fläche (11) reflektiertes Strahlenbündel (13,14,15) zunächst an der zweiten unver- spiegelten Fläche (10) und anschließend an der ersten unverspiegelten Fläche (9) total reflektiert wird, ehe es nach Reflexion an der zweiten verspiegelten Fläche (12) durch die zweite unverspiegelte Fläche (10) aus dem Um¬ lenkprisma austritt.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden senkrecht zueinan¬ der orientierten Prismenflächen (9,10) in der zu deren Schnittgeraden senkrechten Richtung wenigstens eine Breite
    a = (1 + 2x) * d * 2
    besitzen, mit
    d = Durchmesser des Strahlenbündels und 0,05 ≤ x ≤ 0,3, insbesondere 0,1 ≤ x ≤ 0,2
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenbündelachse auch Drehachse des Viereckprismas ist.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Viereckprisma für eine Umlenkung eines Strahlenbündels um einen Winkel von 90° ausgelegt ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH01502618A|1989-09-07|
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    DE3707023A1|1988-09-15|
    EP0305423A1|1989-03-08|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-09-07| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP |
    1988-09-07| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-11-04| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988901806 Country of ref document: EP |
    1989-03-08| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988901806 Country of ref document: EP |
    1994-02-05| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1988901806 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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