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Die Erfindung betrifft ein zu einer Drehbewegung antreibbares
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Spiegelrad mit einem in Axialrichtung gesehen polygonartigen Umriß,
an dem ebene Spiegelflächen angeordnet sind, die ein Auftreffen des Sendelichtbündel
reflektieren und dem reflektierten Bündel beim Umlaufen des Spiegelrades um seine
Drehachse eine sektorförmige Abtastbewegung erteilen.
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Spiegelräder werden in der Technik der Laserdrucker, der Lichtstrahloszillographen,
der Fehlersuchgeräte oder der Lichtvorhänge verwendet, um ein auf seinen Umfang
auftreffendes stationäres Sendelichtbündel zu reflektieren und dabei über einen
sektorförmigen Bereich eine periodische Abtastbewegung ausführen zu lassen ( z.B.
DE-PS 25 32 602, DE-PS 25 52 333, DE-PS 28 00 351).
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Bei den häufig vorkommenden Präzisionsanwendungen ist es wichtig,
daß die vom Lichtbündel bevorzugt in einer Fokusebene erzeugte Abtastlinie für alle
Spiegelflächen des Spiegelrades gleichartige, reproduzierbare Abtastspuren durchläuft.
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Dazu werden von jeher an die Lagerung der Drehbewegung der Spiegelräder
und an die Winkelabweichungen der Spiegelrichtung der einzelnen Spiegelflächen strenge
Anforderungen gestellt.
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Der Pyramidalfehler ist ein Maß für die Güte eines Spiegelrades.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spiegelrad der eingangs
genannten Gattung zu schaffen, bei dem größere Toleranzen der Spiegelradachslagerung
und der Spiegelflächenanordnung zulässig sind, ohne daß die exakte Reflexion des
reflektierten Lichtbündels auf eine vorgegebene Abtastspur beeinträchtigt wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß jedes geradlinige
Polygonstück aus einer geradzahligen Anzahl von und insbesondere zwei ebenen Spiegelflächen
besteht, die unter einem Winkel von kleiner als 1800 und insbesondere etwa 900 zueinander
angeordnet sind und deren Schnittgeraden in einer gemeinsamen, senkrecht zur Drehachse
verlaufenden Ebene liegen.
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Aufgrund dieser Anordnung wird bei fester Relativanordnung der spiegelnden
Flächen die Richtung des reflektierenden Lichtbündels weitgehend unabhängig von
Kippbewegungen der Spiegelkombinationen, sofern die Spiegelnormalen dieser Spiegelkombinationen
alle in einer Ebene liegen. Kippkomponenten der Spiegelkombinationen senkrecht zu
dieser Ebene lassen ein umzulenkendes Lichtbündel genau so schwenken wie bei der
Reflexion an einem einfachen Drehspiegel. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung
wird außerdem erreicht, daß durch die Wahl einer festen Winkelbeziehung zwischen
den einzelnen Spiegelpaaren in einer Schnittebene eine feste Winkelumlenkung erreicht
wird. Schließen die Spiegelpaare untereinander einen Winkel von 900 ein, so wird
der vom drehbar angeordneten Spiegelpaar reflektierte Strahl wieder in die Einfallsrichtung
zurückkehren. Weicht der von den Spiegelpaaren jeweils eingeschlossene Winkel von
900 ab, so wird die Umlenkrichtung den doppelten Betrag der Winkelabweichung von
900 relativ zum einfallenden Lichtbündel haben.
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Je nach dem Anwendungszweck für das Spiegelrad werden die Spiegelpaare
in gleichmäßigen Winkelabständen auf der Peripherie des Spiegelrades verteilt und
entweder gleiche Winkel einschließen, so daß die Abtastspuren alle auf der gleichen
Abtastlinie verlaufen, oder voneinander abweichende Winkel einschließen, um durch
die Drehbewegung des Spiegelrades zueinander parallele Abtastspuren zu erzeugen.
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Die Herstellung von Spiegelpaaren, die einen Winkel von 0 etwa 90
einschließen, in einem monolithischen Block aus Glas oder Metall, wirft gewisse
technologische Probleme auf, da die Spiegelflächen bis in die Schnittkante hinein
präzise poliert sein müssen.
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Eine sehr wirtschaftlich herstellbare Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Spiegelrades kennzeichnet sich daher dadurch, daß Dachprismen in verspiegelter oder
total reflektierender Form auf der Peripherie eines Polygonprismenträgers angeordnet
sind.
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Bei einer weiteren sehr günstig herstellbaren und sehr betriebssicheren
Ausführungsform ist vorgesehen, daß zwei Spiegelpyramidenstümpfe in einer gemeinsamen
Ebene, die senkrecht zu den beiden Pyramidenachsen liegt, so zusammengefügt sind,
daß die Pyramidenstümpfe mit ihren virtuellen Spitzen aufeinander zugerichtet sind.
Bei dieser Verbindung zweier Pyramidenstümpfe ist es zweckmäßig, die Lage der die
Pyramidenstümpfe bestimmenden Schnittflächen mit Zentrier- und Winkelstabilisierungshilfen
zu versehen. Im einfachsten Falle sind die Pyramidenstumpfflächen mit einem zu den
Spiegelflächen präzise orientierten Bund- oder Ringnut versehen. Um eine zusätzliche
Winkelorientierung zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Pyramidenstumpfflächen als
radial liegende Kerbverzahnungen auszubilden, so daß beim Zusammensetzen der Pyramidenstümpfe
sich die Kerbverzahnungen zentrieren und unter elastischer Mittelung über die Zahnflanken
- die Winkellagen stabilisierend - ineinandergreifen.
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Durch die Ausbildung von kippungsunabhängigen Spiegelrädern aus zwei
zusammengesetzten spiegelnden Pyramidenstümpfen ist es fertigungstechnisch einfach,
die Spiegelstümpfe durch Replika-Techniken herzustellen, so daß bei geringen Kopierkosten
der Hauptaufwand in der Herstellung der Replikaformen liegt. Bei der Herstellung
von Pyramidenstümpfen werden vorbearbeitete, meist noch rauhe Trägerkörper aus Glas
oder Metall mit einer dünnen aushärtbaren flüssigen Kunststoffschicht versehen.
Dieser flüssige Kunststoff füllt einen engen Spalt zwischen Trägerkörper und Form
aus, so daß die Oberflächengestalt der Form mit sehr geringen Abweichungen auf die
Trägerkörper durch die Kunststoffläche übertragen wird. Dabei wird durch ein Trennmittel
auf der Formoberfläche dafür gesorgt, daß sich der Abdruck leicht aus der Form lösen
läßt. Die Form kann bei diesem Verfahren auf der sehr dünnen Trennmittelschicht
bereits z.B. durch Aufdampfen hergestellte Spiegelschichten tragen, so daß sich
die Spiegelschicht und der Kunststoff beim Aushärten
monolithisch
miteinander verbinden und ein vollständiges Pyramidenspiegelrad der Form entnommen
werden kann. Die Pyramidenform mit in der Nähe von 450 liegendem Pyramidenwinkel
erleichtert die Trennung von Form- und Spiegelrad im Gegensatz zur Abformung von
Spiegelrädern mit zur Drehachse parallelen Spiegelflächen, da dann eine zerlegbare
Form notwendig ist, die die Einhaltung der Winkel toleranzen beeinträchtigt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Spiegelflächen
auf den Pyramidenstumpfpaaren auch aus mehreren nur sehr schwach geneigten Teilflächen
zusammengesetzt sein, so daß aus einem Sende lichtbündel mehrere reflektierte Bündel
entstehen. Bereits bei Verwendung von Pyramidenstumpfpaaren mit um nur sehr kleine
Winkel von 900 abweichenden Spiegelflächenpaaren sind durch gemeinsame Beleuchtung
des Flächenpaares mit einem großen Sendelichtbündel zwei etwa in der Reflexionsrichtung
voneinander abweichende Teilbündel herstellbar.
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Wird von den Pyramidenstumpfpaaren nur der eine Pyramidenstumpf vom
Beleuchtungsstrahl so getroffen, daß der reflektierte Strahl die Spiegelkombination
über den zweiten Pyramidenstumpf verläßt, ist es zur Herstellung der Strahlaufspaltung.
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für Vielfachabtastung auch möglich, die zweite Fläche als spiegelnde
Gitterstruktur auszubilden, so daß der reflektierte Strahl in einzelne Beugungsordnungen
aufgespalten wird. Durch geeignete Furchenformen der Spiegelgitter ist es erreichbar,
daß eine Anzahl von Beugungsordnungen mit gleicher Intensität bei der Reflexion
entsteht. Je nach der gewünschten Zahl und Richtungsverteilung der durch Beugung
herzustellenden Teilbündel wird die Spiegelfläche durch ein ein- oder zweidimensionales
Beugungsgitter strukturiert.
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Das Wesen der Erfindung ist also darin zu sehen, daß der abzulenkende
Lichtstrahl eine Kombination von Spiegelflächendurchläuft
und dabei
eine gerade Zahl von Reflexionen erleidet und daß eine Vielzahl solcher ablenkender
Spiegelgruppen in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Polygon angeordnet sind.
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Ein Prismenträger'kann eine Polygonanordnung von reflektierenden Prismen
tragen, die so im Polygonträger angeordnet sind, daß die Prismenkanten der Spiegelflächenpaare
alle in einer gemeinsamen Ebene liegen.
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Bevorzugt werden zwei mit der gleichen Seitenzahl versehene Spiegelpyramidenstümpfe
zu einer festen Einheit zusammengefügt.
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Unstrukturierte und strukturierte Spiegelflächen können durch Abdrucktechniken
von Mutterspiegeln abgeleitet werden.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Spiegelrades, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 -eine Teilseitenansicht
ähnlich Fig. 1 zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Reflexionst mechanismus.
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Nach Fig. 2 hat das erfindungsgemäße Spiegelrad in Richtung der Drehachse
20 gesehen die Form eines im vorliegenden Fall sechseckigen Polygons, wobei alle
sechs geradlinigen Polygonstücke 11, 12, 13, 14, 15 bzw. 16 sich über den gleichen
Winkel Fbezüglich der Drehachse 20 erstrecken.
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Nacn den Figuren 1 und 2 besteht jedes Polygonstück 11, 12, 13, 14
bzw. 16 aus zwei unter einem Winkel von 900 zueinander angeordneten Spiegelflächen
17, 18, deren Schnittgeraden 19
in einer gemeinsamen, senkrecht
zur Drehachse 20 verlaufenden Ebene 21 (Fig. 2) liegen.
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In Fig. 2 ist links ein Sendelichtbündel 22 dargestellt, welches in
der Ansicht der Fig. 2 senkrecht auf die Spiegelflächen 17, 18 des Polygonstückes
15 auftrifft. In der Ansicht der Fig. 1 trifft das Sendelichtbündel 22 jedoch unter
einem Winkel von 450 auf die jeweiligen ebenen Spiegelflächen 17, 18 auf. Aufgrund
dieser Anordnung wird in der Ansicht der Fig. 1 das Sendelichtbündel 22 in sich
selbst zurückreflektiert, und zwar unabhängig von Kippungen der Drehachse 20 um
einen in Fig. 1 angedeuteten Winkel In der Ebene der Fig. 2 erfolgt jedoch beim
Drehen des Spiegelrades in Richtung des Pfeiles f eine Ablenkung des reflektierten
Lichtbündels in einem sektorförmigen Bereich, dessen Enden durch die gestrichelten
Lichtbündel 23 bzw. 24 angedeutet sind. Die ebenen Spiegelflächen 17, 18 haben also
nur in der Ebene der Fig. 1 eine korrigierende Wirkung.
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Nach Fig 3 besitzt der Winkel zwischen den beiden ebenen Spiegelflächen
17, 18 den Wert 90 + £/2, was zur Folge hat, daß zwischen dem Sendelichtbündel 22
und dem reflektierten Lichtbündel 23 in der mit der Ebene der Fig. 1 identischen
Ebene der Fig. 3 ein Winkel oC vorliegt. Der Winkel zwischen den Lichtbündeln 22,
23 bleibt auch bei Kippungen der Spiegelraddrehachse 20 unverändert, so daß auch
insoweit eine vollständige Korrektur stattfindet.