DE2555397A1

DE2555397A1 - Optische abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2555397A1
Application number: DE19752555397
Authority: DE
Inventors: David O Kingsland
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-12-09
Publication date: 1976-09-02
Also published as: DE2555397C2; FR2301836B1; CA1043602A; GB1492124A; JPS5198042A; US4008958A; FR2301836A1; NL7514411A; NL182916B; NL182916C

Description

D/75076

9. Dezember 1975

XEROX COEPORATION

Xerox Square, Rochester, New York 14-644-, USA

Optische Abtastvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zum Projizieren eines Bildes eines Objektes von einer Objektebene auf eine Bildebene.

Die Erfindung bezieht sich somit auf optische Einrichtungen, und insbesondere auf eine optische Vorrichtung zur streifenförmigen Abtastung eines Objektes, die ein zusammengesetztes Bild des Objektes nacheinander

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auf eine Bildfläche, wie eine xerographische oder andere lichtempfindliche Fläche beim Photokopieren projiziert.

Es sind drei grundsätzliche Arten von Einrichtungen zum streifenförmigen Abtasten bekannt. Bei der einen Einrichtung liegt die optische Einrichtung ortsfest und bewegen sich das Objekt und die Bildfläche relativ zu der optischen Einrichtung. Bei der zweiten liegt das Objekt ortsfest und bewegen sich die optische Einrichtung und die Bildfläche mit geeigneter Geschwindigkeit relativ zum Objekt. Bei der dritten Einrichtung wird das ortsfest liegende Objekt mit Hilfe eines sich drehenden Spiegels abgetastet, der ein Bild des Objektes auf eine sich bewegende Bildfläche leitet.

Diesen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie ein brauchbares Bild nur bei einer Abtastbewegung in eine Richtung projizieren können. Während der Rückkehrbewegung, gleichgültig, ob sie vom Objekt, der optischen Einrichtung oder dem Schirm ausgeführt wird,wird auch ein Bild auf die sich bewegende Bildfläche projiziert, jedoch bewegt sich dieses Bild in eine Richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Bildfläche und kann daher nicht ausgenutzt werden. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wurde daher zu zurückschnellenden Einrichtungen Zuflucht genommen, um den Zeitverlust herabzusetzen, den die Rückbewegung der Abtasteinrichtung mit sich bringt. Eine Einrichtung, bei der eine Abtastung in beiden Richtungen der Hin- und Herbewegung des Objektes erfolgt, ist aus der US-PS 3 574 459 bekannt. Bei dieser Einrichtung wird eine einzige optische Achse zwischen den aufeinander-

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folgenden Abtastläufen mit Hilfe eines Prismas um 180° gedreht.

Ziel der Erfindung ist eine neuartige optische richtung zum streifenförmigen Abtasten, die ein ausnutzbares Bild eines Objektes bei der hin- und hergehenden Abtastbewegung in beide Richtungen projizieren kann, um somit den Zeitverlust im Betriebsablauf eines Photokopiergerates stark herabzusetzen.

Bei einer derartigen Vorrichtung soll es weiterhin nicht erforderlich sein,die Bildfläche zusätzlich' zum Objekt oder der optischen Einrichtung zyklisch hin und her bewegen Weiterhin soll eine 180° Drehung des Bildes um die Achse wahlweise erreicht werden können, längs der das Licht fortschreitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die optische Abtastvorrichtung der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine optische Achse, die zwei alternative optische Wege aufweist, die zwischen der Objektebene und der Bildebene verlaufen, wobei das Bild sich in einer ersten Orientierung auf der Bildebene befindet, wenn es entlang des ersten optischen Weges projiziert wurde und in einer zweiten Orientierung befindet, die um 180° um die Achse, längs der das Licht fortschreitet, gegenüber der ersten Orientierung gedreht ist, wenn es längs des zweiten optischen Weges projiziert wurde,, durch eine Linse, die ein Bild von der Objektebene auf die Bildebene projiziert, durch einen Lichtempfänger, der in eine Richtung bewegbar in der Bildebene angeordnet ist, durch einen Antrieb, der die relative hin- und hergehende Abtastbewegung des Objektes bezüglich der optischen Achse bewirkt, und durch eine Einstelleinrich-

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tung für den optischen Weg, die die Objektebene mit dar Bildebene optisch nacheinander entlang des ersten und des zweiten optischen Weges in Verbindung bringt und zwischen den beiden alternativen optischen Wegen am Ende der hin- und hergehenden Bewegung in jede Richtung umschaltet, wodurch ein Bild des Objektes auf den sich bewegenden Lichtempfänger während der hin- und hergehenden Abtastbewegung in beide Richtungen projiziert werden kann.

Die Erfindung liegt somit in einer optischen Vorrichtung, die zwei alternative optische Wege zwischen dem Objekt und dem. Bild aufweist.

Durch die Erfindung wird somit eine optische Vorrichtung zum streifenförmigen Abtasten eines Objektes bei einer relativen hin- und hergehenden Bewegung zwischen dem Objekt und den optischen Einrichtungen in beide Richtungen geliefert. Das Objekt wird zunächst in eine Richtung abgetastet und anschließend die Bildorientierung zum Abtasten in die entgegengesetzte Richtung um 180° um die Achse gedreht, längs der das Licht fortschreitet. Geeignet orientierte Bilder werden auf diese Weise auf die Bildfläche projiziert, die sich während der Abtastung in beide Richtungen in dieselbe Richtung bewegt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt die Vorderansicht des Ausführungsbeispiels.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht von der rechten Seite in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht von der Linie III-III in Fig. 1 aus.

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D a s in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung, das allgemein mit 2 bezeichnet ist, erstreckt sich zwischen einer Objektebene oder Fläche 4 und einer Bildebene oder Bildfläche 6 längs einer optischen Achse 8. Die optische Achse 8 der Einrichtung weist parallele Verzweigungen 8a und 8b auf.

Ein erster Reflektor 10 ist auf der optischen Achse und zwischen einer ersten, in Fig. 1 durch eine ausgezogene Linie dargestellten Lage in eine zweite, durch eine unterbrochene Linie dargestellte Lage drehbar angebracht. In der ersten Lage lenkt der Reflektor 10 die optische Achse 8 längs der Abzweigung 8a zu einem zweiten festen Reflektor 12 ab. In seiner anderen zweiten Lage lenkt der Reflektor 10 die optische Achse 8 längs der Verzweigung 8b zu einem weiteren zweiten Reflektor 14 ab. Der Reflektor 12 lenkt, die optische Verzweigung 8a zu einem dritten Reflektor 16 ab, der zwischen den in Fig. 3 durch eine ausgezogene und durch eine unterbrochene Linie dargestellten beiden Lagen drehbar angebracht ist.

Eine Projektionslinse 18, die auf der optischen Achse 8 vorgesehen ist, projiziert ein Bild I eines Objektes 0 von der Objektebene 4 auf die Bildebene 6. Ein vierter Reflektor 20 lenkt die optische Achse zur Bildebene 6 ab. Der vierte Reflektor kann erforderlich oder nicht erforderlich sein, was davon abhängt, ob die optische Einrichtung bei einer Anlage mit Bildübertragung oder bei einer Anlage mit Direktabbildung verwandt wird. Eine Anlage mit Bildübertragung erfordert eine gerade Anzahl von Reflektionen oder keine Reflektionen zwischen dem Objekt und dem Bild, während eine Anlage mit Direktabbildung eine ungerade Anzahl von Reflektionen benötigt. Einzelheiten dieses Ab-

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Schnitts der optischen Einrichtung von der Linse zur Bildebene sind jedoch in jedem Fall nicht von wesentlicher Bedeutung.

Wenn sich der erste Reflektor 10 in der durch eine ausgezogene Linie dargestellten ersten Lage befindet, und der dritte Reflektor 16 ebenfalls in seiner ersten, durch eine ausgezogene Linie dargestellten Lage liegt, verläuft der optische Weg 8 von der Objektebene 4 zum ersten Reflektor 10, zum zweiten Reflektor 12, zum dritten Reflektor 16, zur Projektionslinse 18 und auf die Bildebene 6. Das Licht von einem Objekt 0 auf der Objektebene 4 läuft entlang dieses ¥eges und bildet ein Bild I auf der Bildebene 6. Die entlang dieser Ausbreitungsachse laufende Wellenfront des Bildes weist nach ihrer Reflexion vom dritten Reflektor 16 eine erste Orientierung bezüglich der Ausbreitungsachse 8 auf.

Wenn sich der erste Reflektor 10 in seiner zweiten, durch eine unterbrochene Linie dargestellten Lage 10· befindet, und der dritte Reflektor ebenfalls in seiner zweiten, durch unterbrochene Linien dargestellten- Lage 16^T liegt, verläuft der optische Weg 8 von der Objektebene 4 zum ersten Reflektor 10, zum anderen Reflektor 14, zum dritten Reflektor 16, zur Projektionslinse 18 und auf die Bildebene 6. Das Licht von einem Objekt 0 auf der Objektebene 4 lauft entlang dieses Weges 8,8b und bildet ein Bild I auf der Bildebene 6. Die entlang dieser Ausbreitungsachse laufende Wellenfront des Bildes weist nach ihrer Reflexion vom dritten Reflektor 16 eine zweite Orientierung bezüglich der Ausbreitungsachse 8 auf. Diese zweite Bildorientierung ist um 180° um die Ausbreitungsachse relativ zur ersten Bildorientierung gedreht.

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Beim Photokopieren wird das Bild I des Objektes 0 auf einen sich in der Bildebene 6 bewegenden Lichtempfänger projiziert. Diese kontinuierliche Bewegung des Lichtempfängers in eine Richtung ist durch den Pfeil 7 angedeutet. Beim Abtasten wird das Objekt 0 in der Objektebene 4 relativ zur optischen Achse 8 längs einer Bewegungsbahn hin und her bewegt, die durch den Pfeil 5 angedeutet ist. Während dieser Abtastung wird der Lichtempfänger zu jedem Zeitpunkt hur mit einem schmalen Streifen des Objektes belichtet. Diese fortlaufende und fortschreitende Belichtung führt zu einem zusammengesetzten Bild des abgetasteten Objektes. Wenn das Objekt 0 in die Abtastrichtung 5a bewegt wird, läuft sein Bild entlang der optischen Achse 8 und ihrer Abzweigung 8a und fällt synchron mit dem Lichtempfänger und mit einer ersten Orientierung auf den sich bewegenden Lichtempfänger. Wenn das Objekt 0 in die Abtastrichtung 5b bewegt wird, läuft sein Bild entlang der optischen Achse 8 und ihrer Verzweigung 8b und fällt immer noch synchron mit dem Lichtempfänger, jedoch mit einer zweiten Orientierung, die um 180° um die Ausbreitungsachse gegenüber der ersten Orientierung gedreht ist, auf den sich bewegenden Lichtempfänger. Die Reflektoren oder Spiegel 10 und 16 befinden sich während der Abtastung in der Richtung 5a in ihrer durch eine ausgezogene Linie dargestellten Lage und während der Abtastung in die Richtung 5b in ihre durch eine unterbrochene Linie dargestellten Lage 10* und 16'.

Ein Antrieb 22 steht mit der optischen Einrichtung in Betriebsverbindung, um die relative Hin- und Herbewegung zwischen einem Objekt 0 und der optischen Achse 8 zu bewirken. Der Antrieb 22 steht auch mit dem ersten Reflektor 10 und dem dritten Reflektor 16 in Betriebsverbindung, um diese beiden Reflektoren zwischen ihren beiden verschiedenen Lagen an dem einen oder dem anderen Ende der Hin- und Herbewegung zwischen dem Objekt 0 und der optischen Achse 8 zu

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drehen. Der Antrieb 22 kann in verschiedenster Weise ausgebildet sein, Einzelheiten sind nicht von wesentlicher Bedeutung. Wesentlich ist, daß die Reflektoren 10 und 16 synchron mit der Hin- und Herbewegung des Objektes 0 gedreht werden. Wenn sich somit das Objekt 0 in die Abtastrichtung 5a bewegt, befinden sich die Reflektoren 10 und in einer derartigen Lage, daß das Bild des Objektes längs der optischen Achse 8 und ihrer Verzweigung 8a umgeleitet wird. Am Ende der Bewegung in die Richtung 5a und vor der Rückbewegung in die Richtung 5b werden die Reflektoren 10 und 16 in ihre Lagen 10^f und 16 gedreht, so daß das Bild längs der optischen Achse 8 und ihrer Verzweigung 8b umgeleitet wird.

Der Grundgedanke besteht somit darin, eine Ebene um 180° um jede in der Ebene liegende Koordinate zu drehen. Das Ergebnis ist'eine Drehung der Ebene um 180° um die dritte Koordinatenachse, die auf der Ebene senkrecht stehende Achse. In Hinblick auf eine 3ildprojektionsvorrichtung wird die fortschreitende Wellenfront des Bildes als Ebene angesehen, um einen bildhaften Vergleich zum Beschreiben und Definieren der Geometrie zu haben. Die Fortpflanzungsachse des Bildes ist die Achse, die senkrecht auf der Ebene der Wellenfront steht und gleichzeitig die Achse, um die das Bild um 180° gedreht werden soll. Begriffe, wie die Bildwellenfront, die ebene Wellenfront und die Koordinatenachsen, die in der Wellenfront liegen, sind nicht so streng auszulegen, daß sie auf Verhältnisse beschränkt sind, bei denen tatsächlich eine ebene Wellenfront vorliegt. Die Verwendung des Begriffes einer ebenen Wellenfront eines fortschreitenden Bildes soll nur dem einfachen Verständnis dienen.

Im vorliegenden Fall wird die Bildwellenfront, die entlang

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der Achsen 8,8a fortschreitet, um 90° um jede in der WeI-lenfrontebene liegende Achse gedreht. In ähnlicher Weise wird die Bildwellenfront, die längs der Achsen 8,8b fortschreitet, um jede Achse, die in der Wellenfrontebene liegt, ¹¹²¹ 90°, jedoch in die entgegengesetzte Richtung bezüglich der Drehung bei einem Fortschreiten längs der Achsen 8,8a gedreht. Die gesamte relative Drehung der Wellenfrontebene des Bildes zwischen den Abtastungen in den Richtungen 5a und 5b beträgt daher 180° um jede ihrer Achsen, was eine 180° Drehung der Wellenfront des Bildes um die Achse,längs der die Wellenfront fortschreitet, zum Ergebnis hat.

Durch die Erfindung wird somit eine optische Vorrichtung mit einer neuen Einrichtung, selektiv eine 180° Drehung des Bildes um die Achse, längs der das Bild fortschreitet, zu erzielen, geliefert. Eine solche Vorrichtung kann eine praktische Verwendung bei einem abtastenden Photokopiergerät finden, da sie ein Abtasten und Projizieren der Bilder während der hin- und hergehenden Abtastbewegung in beide Richtungen erlaubt.

Die obige Beschreibung bezog sich auf eine Vorrichtung, bei der die Optiken ortsfest sind und das Objekt hin und her bewegt wird. Obwohl eine derartige Anordnung bevorzugt ist, ist es natürlich auch möglich, das Objekt ortsfest zu halten und die optische Einrichtung relativ zum Objekt hin und her zu bewegen.

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Claims

Patentansprüche

1y Optische Abtastvorrichtung zum Projizieren eines Bildes eines Objektes von einer Objektebene auf eine Bildebene, gekennzeichnet durch eine optische Achse (8), die zwei alternative optische Wege (8a,8b) aufweist, die zwischen der Objektebene (4) und der Bildebene (6) verlaufen, wobei das Bild sich in einer ersten Orientierung auf der Bildebene (6) befindet, wenn es entlang des ersten optischen Weges projiziert wurde und in einer zweiten Orientierung befindet, die um 180° um die Achse, längs der das Licht fortschreitet, gegenüber der ersten Orientierung gedreht ist, wenn es längs des zweiten optischen Weges projiziert wurde, durch eine Linse (18), die ein Bild von der Objektebene (4) auf die Bildebene (6) projiziert, durch einen Lichtempfänger, der in eine Richtung bewegbar in der Bildebene (6) angeordnet ist, durch einen Antrieb (22), der die relative hin- und hergehende Abtastbewegung des Objektes bezüglich der optischen Achse (8) bewirkt, und durch eine Einstelleinrichtung für den optischen Weg, die die Objektebene (4) mit der Bildebene (6) optisch nacheinander entlang des ersten und des zweiten optischen Weges (8a,8b) in Verbindung bringt und zwischen den beiden alternativen optischen Wegen (8a,8b) am Ende der hin- und hergehenden Bewegung in jede Richtung umschaltet, wodurch ein Bild des Objektes auf den sich bewegenden Lichtempfänger während der hin- und hergehenden Abtastbewegung in beide Richtungen projiziert werden kann.

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2. Optische Abtastvorrichtung zum Projizieren eines Bildes eines Objektes von einer Objektebene auf eine Bildebene, gekennzeichnet durch eine optische Achse (8), die zwei alternative optische Wege (8a und 8b) aufweist, die zwischen der Objektebene (4) und der Bildebene (6) verlaufen, wobei sich das Bild in einer ersten Orientierung auf der Bildebene (6) befindet, wenn es längs des ersten optischen Weges projiziert wurde und sich in einer zweiten Orientierung befindet, die um 180° um die Achse gedreht ist, längs der das Licht fortschreitet, wenn es längs des zweiten optischen Weges projiziert wurde, durch eine Linse (18), die ein Bild von der Objektebene (4) auf die Bildebene (6) projiziert, durch einen Lichtempfänger, der in eine Richtung bewegbar in der Bildebene (6) angeordnet ist, durch einen Antrieb (22) für das Abtasten, der für die relative hin- und hergehende Abtastbewegung zwischen dem Objekt .und der optischen Achse (8) sorgt, und durch eine Einstelleinrichtung für den optischen Weg, die die Objektebene (4) und die Bildebene (6) nacheinander entlang der beiden alternativen optischen Wege (8a und Sb) optisch miteinander in Verbindung bringt und zwischen den beiden alternativen optischen Wegen (8a,8b) am Ende der hin- und hergehenden Bewegung in jede Richtung umschaltet, wobei der erste optische Weg (8a) einen ersten, einen zweiten und einen dritten Reflektor (10,12,16) aufweist, von denen der erste und der dritte Reflektor (10,16) sich in einer von zwei verschiedenen Lagen befinden, um die vom Objekt ankommende Wellenfront des Bildes um '90° um jede Koordinatenachse in der Ebene der Wellenfront zu drehen, wobei der zweite optische Weg (8b) einen ersten, einen zweiten und einen dritten Reflektor (10,14,16) aufweist, von denen der erste und der dritte Reflektor (10,16) sich in der

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anderen der beiden verschiedenen Lagen befinden, um die vom Objekt ankommende Wellenfront des Bildes ua 90° lim jede der Koordinatenachsen in der Ebene der Wellenfront zu drehen, und wobei der erste und der dritte Reflektor (10,16) für beide alternative.optische Wege (8a,8b) gemeinsam sind und die Einstelleinrichtung für den optischen Weg mit dem ersten und dem dritten Reflektor (10,16) in Betriebsverbindung steht, wodurch die längs des ersten optischen Weges laufende Wellenfront des Bildes um 180° um die Achse, in der die Wellenfront fortschreitet, bezüglich der Wellenfront des Bildes gedreht wird, die entlang des zweiten optischen Weges fortschreitet, so daß ein Bild des Objektes auf den sich bewegenden Lichtempfänger während der hin- und hergehenden Abtastbewegung in beide Richtungen projiziert wird.

Optische Vorrichtung zum Projizieren eines Bildes eines Objektes von einer Objektebene in Form einer längs einer Achse laufenden Wellenfront auf eine Bildebene, gekennzeichnet durch eine Linse (18), die ein Bild von der Objektebene (4) auf die Bildebene (6) projiziert, einen ersten Reflektor (10), der wahlweise in eine erste und eine zweite Lage auf der Achse (8) gebracht werden kann, längs der die Wellenfront fortschreitet, durch einen dritten Reflektor (16), der wahlweise in eine erste und eine zweite Lege auf der Achse (8) gebracht werden kann, längs der die Wellenfront fortschreitet, wobei der erste, der dritte und ein zweiter Reflektor (10,12,16) einen ersten optischen Weg (8a) bestimmen, wenn sich der erste und der dritte Reflektor (10,16) in ihrer ersten Lage befinderyund die vom Objekt ankommende Wellenfront des Bildes um 90° um jede Koordinantenachse, die in der Ebene der Wellen-

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front liegt, drehen, und wobei der erste und der dritte Reflektor sowie ein zweiter Reflektor (10,14,16) einen zweiten optischen Weg (8b) bestimmen, wenn sich der erste und der dritte Reflektor (10,16) in ihrer zweiten Lage befinden,und die vom Objekt ankommende Wellenfront des Bildes um 90° um jede Koordinantenachse in der Ebene der Wellenfront drehen, wodurch an der Bildebene (6) die Wellenfront des Bildes, die längs des ersten optischen Weges läuft, um 180° um die Achse, längs der die Wellenfront läuft, bezüglich derjenigen Wellenfront gedreht ist, die längs des zweiten optischen Weges läuft.

4. Optische Abtastvorrichtung zum Projizieren eines Bildes eines Objektes von einer Objektebene in Form einer längs einer Achse laufenden Wellenfront auf eine Bildebene, gekennzeichnet durch eine Linse (18), die ein Bild von der Objektebene (4) auf die Bildebene (6) projiziert, durch einen Lichtempfänger, der in der Bildebene (6) in eine Richtung bewegbar angeordnet ist, durch einen Antrieb (22), der die relative hin- und hergehende Abtastbewegung zwischen dem Objekt und der optischen Achse (8) bewirkt, durch einen ersten Reflektor (10), der wahlweise in zwei verschiedene Lagen auf der Achse gebracht werden kann, längs der die Wellenfront fortschreitet, und durch einen dritten Reflektor (16), der wahlweise in eine erste und eine zweite Lage auf der Achse gebracht werden kann, längs der die Wellenfront fortschreitet, wobei der erste und der dritte Reflektor sowie ein zweiter Reflektor (10,12,16) einen ersten optischen Weg (8a) bestimmen» wenn sich der erste und der dritte Reflektor (10,16) in ihrer ersten Lage befinden, und die vom Objekt ankommende Wellenfront des Bildes um 90° um jede Koordinatenachse

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in der Ebene der Wellenfront drehen, und wobei der erste und der dritte Reflektor sowie ein zweiter Reflektor (10,14,16) einen zweiten optischen Weg (8b) bestimmen, wenn sich der erste und der dritte Reflektor (10,16) in ihrer zweiten Lage befinden_fund die vom Objekt ankommende Wellenfront des Bildes um 90° um jede Koordinatenachse in der Ebene der Wellenfront drehen, und wobei eine Einstelleinrichtung für den optischen' Weg vorgesehen ist, die den ersten und den dritten Reflektor (10,16) bei einer Abtastbewegung in der einen Richtung in die erste Lage und bei einer Abtastung in die andere Richtung in die zweite Lage bringt, wodurch ein Bild mit einer ersten Orientierung während der Abtastung in der einen Richtung und mit einer zweiten Orientierung während der Abtastung in die umgekehrte Richtung projiziert wird, die um 180° bezüglich der ersten Orientierung um die Achse gedreht ist, längs der die Wellenfront fortschreitet.

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