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Die Erfindung betrifft eine Drehspiegelanordnung zur periodischen
Auslenkung eines Leuchtflecks entlang derselben Zeile unter Eliminierung der zwischen
Zeilenende und Zeilenanfang auftretenden Totzeit mittels zweier koaxial und um den
halben Flächenwinkel gegeneinander versetzt angeordneter Polygonspiegel.
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An sich ist es bekannt, einen Lichtstrahl durch Reflexion an einem
rotierenden Polygonspiegel entlang einer Zeile auszulenken. Derartige Anordnungen
sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß zwischen der Stellung mit der größten
Ablenkung und der nächstfolgenden Anfangsstellung einer Zeile eine Totzeit auftritt,
die dadurch entsteht, daß eine gewisse Zeitspanne verstreicht, bis sich die nächste
Spiegelfläche in der Zeilenanfangsposition befindet. Dieser Nachteil macht sich
besonders bei schnell arbeitenden optischen Druckern, bei denen die Zeichen auf
elektrooptischem Wege erzeugt oder aus einer Schablone ausgewählt und mittels eines
Drehspiegels auf die Zeile der Abbildungsfläche gelenkt werden, bemerkbar, da die
erzielbare Druckgeschwindigkeit hierdurch beeinträchtigt wird.
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Durch die britische Patentschrift 885 606 ist ein derartiges Druckwerk
bekannt, das zur Lichtablenkung entlang der Schreibzeile ein sägezahnförmig ausgebildetes
Spiegelrad besitzt, dessen Zahnflanken die den Lichtstrahl ablenkenden, reflektierenden
Flächen bilden. Wird zu diesem Zweck ein Rad mit großer Zähnezahl verwendet, so
kann man erreichen, daß ein Lichtstrahl von punktförmigem Querschnitt nach dem Überstreichen
der Druckzeile ohne nennenswerte Totzeit wieder am Zeilenanfang erscheint. Das ein
Schriftzeichen abbildende Lichtbündel ist jedoch nicht von punktförmigem Querschnitt,
sondern besitzt eine endliche Breite, die bedingt, daß beim Vorüberlaufen der Kanten
der Spiegelflächen dennoch eine Totzeit entsteht, die groß genug ist, um die erzielbare
Arbeitsgeschwindigkeit derartiger Druckwerke; die beispielsweise etwa 40 000 Zeichen
pro Sekunde betragen kann, zu beeinträchtigen.
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Es ist ferner eine Drehspiegelanordnung bekannt, bei der auf einer
Achse zwei um den halben Flächenwinkel gegeneinander versetzte Polygonspiegel angeordnet
sind. Durch geeignete Neigung der einzelnen Spiegelflächen zur Lenkung des Lichtbündels
in ein und dieselbe Zeile kann mit Hilfe dieser Anordnung zwar erreicht werden,
daß die zwischen dem Zeilenende und dem Zeilenanfang auftretende Totzeit praktisch
eliminiert wird. Es müssen jedoch bei dieser Anordnung beide Spiegel gleichzeitig
ausgeleuchtet werden. Das bedeutet aber eine Verschlechterung des Auflösungsvermögens
und eine Reduzierung der an der Auftreffstelle des Lichtbündels wirksamen Energie
um mindestens die Hälfte. Für das Arbeiten eines optischen Druckers mit Belichtungszeiten
in der Größenordnung von Mikrosekunden ist jedoch die Stärke der in einem Bildbereich
wirksamen Intensität von ausschlaggebender Bedeutung.
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Derselbe Nachteil trifft auch für eine weitere, in der Zeitschrift
»Electronic News« vom 25. Juli 1966, S. 36, veröffentlichte Anordnung zu, bei der
ebenfalls zwei um den halben Flächenwinkel gegeneinander versetzte und auf derselben
Drehachse angeordnete Polygonspiegel verwendet werden und denen das Licht über einen
Strahlenteiler zugeführt wird. Auch bei dieser Anordnung wird jeweils nur die Hälfte
der Lichtenergie in der Bildspur wirksam.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs beschriebenen
Art anzugeben, bei welcher die gesamte Energie eines scharf gebündelten, informationführenden
Lichtstrahls auf die Bildfläche konzentriert wird.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß jeweils einem der
Polygonspiegel ein linear polarisierter Lichtstrahl über einen in an sich bekannter
Weise aus einem steuerbaren, die Polarisationsebene des Lichts um 90° drehenden
elektrooptischen Element und einem doppelbrechenden Element bestehenden Lichtablenker
zugeführt wird, der mittels eines synchron mit der Drehbewegung der Polygonspiegel
betätigten Schalters den Lichtstrahl am Ende einer Zeile jeweils von dem einen auf
den anderen Polygonspiegel umschaltet.
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Elektrooptische Einrichtungen zur Lichtablenkung sind an sich bekannt.
Für die bei der erfindungsgemäßen Anordnung erforderliche Umschaltung können in
vorteilhafter Weise jedoch nur Einrichtungen mit außerordentlich kurzen Schaltzeiten
und geringen Intensitätsverlusten Verwendung finden. Eine bekannte Einrichtung zur
Lichtablenkung, die aus gekreuzten, keilförmigen, flüssigkeitsgefüllten Kerr-Zellen
aufgebaut ist, könnte wegen der infolge der zweimaligen Selektion auftretenden Intensitätsverluste
und auch wegen der durch den allmählichen Übergang der elliptischen Polarisation
bedingten Unschärfe des Strahlenbündels nicht mit Vorteil angewendet werden.
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Bei Verwendung von Polygonspiegeln mit parallelen Flächen wird in
vorteilhafter Weise der elektrooptisch gesteuerte Lichtablenker aus Kombinationen
von doppelbrechenden Elementen gebildet, die sowohl die Richtung des ordentlichen
als auch des außerordentlichen Strahls ändern, derart, daß die an den beiden Polygonspiegeln
reflektierten Strahlen gegeneinander geneigt sind. Auf diese Weise wird erreicht,
daß die beiden Strahlen nach Reflexion an den Polygonspiegeln auf dieselbe Druckzeile
auftreffen. Eine solche Kombination kann beispielsweise ein doppelbrechendes Element
nach Art eines Wollastonprismas mit nachgeschalteten Umlenkprismen enthalten.
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Die Erfindung wird an Hand eines durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 das Drehspiegelprinzip gemäß der Erfindung in einer
schaubildlichen Darstellung, F i g. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise
der in F i g. 1 dargestellten Drehspiegelanordnung, F i g. 3 in schematischer Darstellung
einen optischen Drucker, der mit dem erfindungsgemäßen Drehspiegelprinzip arbeitet,
und F i g. 4 eine Zeichenschablone für den in F i g. 3 dargestellten optischen Drucker.
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In F i g. 1 ist eine Drehspiegelanordnung im Prinzip dargestellt,
bei der auf der Welle 1, die sich in Richtung des Pfeils 2 dreht, die beiden sechsflächigen
Polygonspiegel 3 und 4 befestigt sind.
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Der Spiegel 4 ist gegenüber dem Spiegel 3 um den halben Flächenwinkel
verdreht angeordnet, so daß seine Kanten 5 über der Mitte der Flächen 6 des Spiegels
3 liegen.
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Der von diesen Drehspiegeln auf die Bildfläche 7
gelenkte
Lichtstrahl 8 wird über den Polarisator 9 zugeführt und ist nach dem Verlassen des
Polarisators, wie durch den horizontalen Strich 10 angedeutet, in horizontaler Richtung
polarisiert. Anschließend tritt der Lichtstrahl durch das elektrooptische Element
11 hindurch, durch das beim Anlegen einer bestimmten Spannung an die Elektroden
12 und 13 die Polarisationsebene des Lichtstrahls um 90° gedreht wird. Der nunmehr
entsprechend der Betätigung des elektrooptischen Elements entweder in waagerechter
oder in senkrechter Richtung polarisierte Lichtstrahl durchsetzt den doppelbrechenden
Kristall 14, der mit seinen optischen Achsen so orientiert ist, daß der horizontal
polarisierte Lichtstrahl als ordentlicher Strahl ohne Ablenkung hindurchtritt, während
der, wie durch den senkrechten Strich 15 angedeutet, vertikal polarisierte Strahl
den Kristall unter Ablenkung als außerordentlicher Strahl durchsetzt.
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Aus den Elementen 9,11 und 14 wird somit ein Lichtschalter gebildet,
der bezüglich der Drehspiegel 3 und 4 so angeordnet ist, daß der nicht abgelenkte,
ordentliche Lichtstrahl 16 auf den Polygonspiegel3 auftrifft, während der
abgelenkte, außerordentliche Strahl 17 auf den Polygonspiegel4 gelangt. Die
Spiegelflächen der Spiegel 3 und 4 sind leicht gegeneinander geneigt, so daß sowohl
der am Spiegel 3 reflektierte Lichtstrahl 16 als auch der am Spiegel 4 reflektierte
Lichtstrahl auf dieselbe Schreibzeile treffen.
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Das elektrooptische Element 11 ist über die Steuerleitung 18 mit dem
Kontakt 19 verbunden, der auf einer auf der Drehspiegelwelle 2 befestigten Scheibe
20 gleitet und während des Überstreichens der Kontaktflächen 21 geschlossen ist.
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Zur Erläuterung der Steuerung des elektrooptischen Elements 11 sei
nunmehr auf F i g. 2 Bezug genommen, in welcher der zeitliche Verlauf der Betätigung
dieses Elements im Zusammenhang mit der Drehlage der Polygonspiegel3 und 4 dargestellt
ist. Die nicht nutzbaren Flächenteile der Spiegel, die etwas mehr als eine Zeichenbreite
vor dem Erreichen der Flächenkante beginnen und sich nahezu bis zur Mitte der nächsten
Spiegelfläche erstrecken, sind durch kreuzschraffierte Bereiche 31 und 32 dargestellt.
Die Umschaltung des elektrooptischen Elements 11 erfolgt, gesteuert von der auf
der Drehspiegelwelle befindlichen Kontaktscheibe 20, jeweils kurz vor dem Erreichen
des nächsten nicht nutzbaren Bereiches, so daß sich die nutzbaren Bereiche 33 und
34 wegen der hohen Schaltgeschwindigkeit der elektrooptischen Elemente praktisch
aneinanderreihen, während der Lichtstrahl vom Ende einer Zeile zum Anfang der nächsten
Zeile springt. Die der Anschaulichkeit halber als mechanischer Schalter dargestellten
Elemente 19, 20 und 21 sind dabei in Wirklichkeit durch elektronische Schalter ersetzt.
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In F i g. 3 ist schematisch ein optischer Drucker dargestellt, bei
dem das erfindungsgemäße Drehspiegelprinzip verwendet wird. Ein von der durch einen
Laser gebildeten Lichtquelle 41 ausgehender Lichtstrahl gelangt durch den steuerbaren
Verschluß 42 zu einer ersten, aus elektrooptischen und doppelbrechenden Kristallen
bestehenden Ablenkeinheit 43, von der nur der in vertikaler Richtung wirkende Teil
dargestellt ist, und durchstrahlt das abzubildende Zeichen der Zeichenschablone
44. Durch die weitere Ablenkeinheit 45, von der ebenfalls nur der vertikale Teil
dargestellt ist, wird der das Zeichen führende Lichtstrahl auf einen einheitlichen
Ausgangspunkt gelenkt und mittels der Linse 46 auf die Bildebene 47 geworfen. Das
auf diese Weise erhaltene Bild des Zeichens wird mittels der Linse 48 auf die Bildebene
49 projiziert. Die Ablenkung des Lichtstrahls auf die jeweilige Druckstelle der
Druckzeile erfolgt sodann durch die um den halben Flächenwinkel gegeneinander verdreht
angeordneten Polygonspiege150, 51, deren Wirksamwerden in der beschriebenen Weise
durch den Lichtschalter 52 gesteuert wird. Der Einfachheit halber sind sechsflächige
Spiegel dargestellt; in Wirklichkeit werden beispielsweise Spiegel mit 20 Flächen
auf dem Umfang verwendet werden. Die Drehbewegungen der Polygonspiegel beeinflussen
über die Leitung 53 den Lichtschalter 52, über die Leitung 54 einen Rechner 55,
der seinerseits wiederum die Steuereinheit 56 der Ablenkeinheiten 43 und 45 betätigt,
und über die Leitung 57 die Steuereinheit 58 für den Verschluß 42. Die durch diesen
Verschluß bewirkte Belichtungszeit beträgt bei derartigen Druckwerken etwa eine
Mikrosekunde.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt die Ablenkung in den Einheiten 43 und
45 zweidimensional, um ein Zeichen der in F i g. 4 dargestellten Zeichenschablone
zu beleuchten. Durch den dargestellten vertikalen Teil werden die Zeichen einer
Spalte und durch den nicht dargestellten horizontalen Teil die Zeichen einer Zeile
ausgewählt. Die einzelnen Ablenkeinheiten bestehen jeweils aus drei Stufen, und
die optischen Dicken der doppelbrechenden Elemente sind jeweils gegenüber der vorhergehenden
Stufe verdoppelt, so daß die Steuerung der Ablenkung in ihrer Kodierung direkt den
den einzelnen Zeichen zugeordneten binären Kodewörtern entspricht.