DE4419624A1 - Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Reproduktionstechnik und betrifft eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung in einer Abtasteinrichtung für ein Vorlagen- Abtastgerät oder für ein Aufzeichnungsgerät. Eine solche Abtasteinrichtung weist im allgemeinen eine mindestens einen Lichtstrahl erzeugende Lichtquelle, eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung und optische Mittel auf.

Bei einem Vorlagen-Abtastgerät, auch Eingabe-Scanner genannt, wird ein in einer Abtasteinrichtung erzeugter Lichtstrahl punkt- und zeilenweise über eine abzutastende Vorlage geführt, und das von der Vorlage reflektierte oder durch­ gelassene Abtastlicht in einem optoelektronischen Wandler in ein Bildsignal umgewandelt. Bei einem Aufzeichnungsgerät, auch Recorder, Belichter oder Ausgabe-Scanner genannt, wird der in einer Abtasteinrichtung gewonnene Lichtstrahl zur Aufzeichnung von Information durch ein Bildsignal intensitätsmo­ duliert und punkt- und zeilenweise über ein lichtempfindliches Aufzeichnungs­ material geführt.

Im Falle eines Flachbett-Gerätes ist die Halterung für die Vorlage bzw. das Auf­ zeichnungsmaterial eine ebene Fläche, über die der Lichtstrahl punkt- und zei­ lenweise geführt wird, und die sich relativ zur Abtasteinrichtung bewegt. Im Falle eines Innentrommel-Gerätes ist die Halterung für die Vorlage bzw. für das Auf­ zeichnungsmaterial als stationäre Halbschale oder Mulde ausgebildet. Die Abtasteinrichtung bewegt sich parallel zur Längsachse der Halterung, und der Lichtstrahl wird senkrecht zur Längsachse radial über die Vorlage bzw. das Auf­ zeichnungsmaterial geführt.

Ein Innentrommel-Aufzeichnungsgerät ist beispielsweise aus der EP-A-0 354 028 bekannt. Die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung ist dort als eine quer zur Lichtausbreitungsrichtung angeordnete spiegelnde Fläche ausgebildet, die mit einer rotierenden Welle verbunden ist. Mit Hilfe der spiegelnden Fläche wird der Lichtstrahl auf ein Aufzeichnungsmaterial geleitet.

Während des Betriebes des Aufzeichnungsgerätes können sich Verunreinigun­ gen an der spiegelnden Fläche ansammeln und es können aufgrund der bezüg­ lich der Rotationsachse unsymmetrischen Gestaltung bei hohen Drehzahlen Luftturbulenzen entstehen. Diese Luftturbulenzen führen zu Geräuschbelästi­ gungen, verursachen zusätzliche Verschmutzungen im Bereich der Reflexions­ fläche und beeinträchtigen die gleichmäßige Rotation der spiegelnden Fläche.

Aus der DE-A-41 24 229 ist bereits eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung mit einer Lichteintrittsfläche und einer Lichtaustrittsfläche für den senkrecht abgelenkten Lichtstrahl bekannt, die aus einem rotationsfähig gelagerten Trägerprisma und aus einem sich in Richtung einer Rotationsachse erstreckenden, lichtdurchlässi­ gen Ablenkprisma besteht. Die an das Trägerprisma angrenzende Fläche des Ablenkprismas ist als Reflexionsfläche ausgebildet, die quer zur Rotationsachse verläuft. Das Ablenkprisma ist mit dem Trägerprisma verklebt und beide Prismen ergänzen sich mindestens bereichsweise zu einer bezüglich der Rotationsachse symmetrischen Einheit. Seitlich der Einheit sind scheibenförmige Abdeckungs­ elemente angeordnet, welche die Einheit in der radialen Ausdehnung überkra­ gen.

Bei dieser Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung treten durch die Abdeckungselemente zwar nur geringe Luftturbulenzen, Verschmutzungen und Laufunruhe auf, die Herstellung ist aber vergleichsweise aufwendig, da die Abdeckungselemente ge­ nau gefertigt und an der Einheit präzise zentriert werden müssen.

Aus der DE-A-41 30 977 ist eine weitere Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung bekannt, die aus einem als Kugelsegment ausgebildeten, transparenten Körper, welcher eine Lichteintrittsfläche, eine Reflexionsfläche und eine Lichtaustrittsfläche auf­ weist und aus einem ebenfalls als Kugelsegment ausgebildeten Trägerkörper be­ steht, der an der Reflexionsschicht mit dem transparenten Körper verklebt ist. Die aus dem transparenten Körper und dem Trägerkörper gebildete Einheit ist um eine zur Lichteintrittsfläche senkrecht stehende Achse drehbar und weist eine zumindest in Bezug auf die Achse rotationssymmetrische Außenkontur auf. Durch die kugelförmige Ausbildung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung kann diese mit einer relativ hohen Drehzahl rotieren ohne daß wesentliche Luftturbulenzen und Laufgeräusche entstehen. Nachteilig ist aber, daß die Lichtaustrittsfläche gekrümmt ist und daß dadurch bedingte optische Fehler im Strahlengang in auf­ wendiger Weise korrigiert werden müssen.

Beide Lichtstrahl-Ablenkvorrichtungen weisen darüber hinaus den Nachteil auf, daß die Klebeverbindung von Ablenkprisma und Trägerprisma bzw. von transpa­ rentem Körper und Trägerkörper nur eine relativ geringe mechanische Bean­ spruchung zuläßt so daß die zulässige Drehzahl der Lichtstrahl-Ablenkvorrich­ tungen begrenzt ist.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung so zu verbessern, daß sie einfach herstellbar ist und daß ein Betrieb mit hohen Drehzahlen gewährleistet wird, bei dem Lauf­ geräusche und Verschmutzungen weitestgehend vermieden werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielles Ausführungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrich­ tung in einem Schnittbild,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung,

Fig. 3 eine Seitenansicht gemäß Blickrichtung II-II in Fig. 1,

Fig. 4 eine Weiterbildung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung und

Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung.

Fig. 1 zeigt als Schnittbild ein prinzipielles Ausführungsbeispiel für eine Licht­ strahl-Ablenkvorrichtung innerhalb einer nicht näher dargestellten Abtastvorrich­ tung für ein Vorlagen-Abtastgerät oder ein Aufzeichnungsgerät. Die Lichtstrahl- Ablenkvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem transparenten Ablenk­ prisma (1) und einem Trägerprisma (2), welches das Ablenkprisma (1) zu einer bezüglich einer optischen Achse (3) rotationssymmetrischen im wesentlichen würfel- oder quaderförmigen kompakten Einheit (1, 2) ergänzt. Die aneinander­ stoßenden Flächen von Ablenkprisma (1) und Trägerprisma (2) sind durch Kle­ bung miteinander verbunden. Das Ablenkprisma (1) besteht aus Glas und das Trägerprisma (2) aus einem nicht transparenten Material, beispielsweise aus einem Metall wie Aluminium. Ablenkprisma (1) und Trägerprisma (2) sollten aus Materialien mit annähernd gleichem spezifischen Gewicht gefertigt sein, um eine symmetrische Massenverteilung zu erreichen, welche die dynamische Belastung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung bei hohen Drehzahlen reduziert. Bei Verwendung von unterschiedlichen Materialien ist zumindest ein gleicher Tem­ peraturausdehnungskoeffizient zweckmäßig, um Scherkräfte im Bereich der Klebeverbindung zu vermeiden.

Die an das Trägerprisma (2) angrenzende Fläche des Ablenkprismas (1) ist als Reflexionsfläche (4) beispielsweise in Form einer Silberschicht ausgebildet, die mit einem Neigungswinkel von etwa 40-50° zur optischen Achse (3) verläuft. Das Ablenkprisma (1) weist ferner eine senkrecht zur optischen Achse (3) ange­ ordnete Lichteintrittsfläche (5) für einen in Richtung der optischen Achse (3) ein­ fallenden Lichtstrahl (6) und eine senkrecht zur Austrittsrichtung (7) des Licht­ strahles (6) orientierte Lichtaustrittsfläche (8) für den an der Reflexionsfläche (4) reflektierten Lichtstrahl (6′) auf.

Die aus Ablenkprisma (1) und Trägerprisma (2) gebildete Einheit (1, 2) ist mit einer Fläche des Trägerprismas (2) an einer scheibenförmigen Aufnahme (9) beispielsweise ebenfalls durch Klebung befestigt. Die Aufnahme (9) ist über eine Welle (10) mit einem Antrieb (11) verbunden, der die Einheit (1, 2) um die opti­ sche Achse (2) dreht.

Bei einem Neigungswinkel der Reflexionsfläche (4) von 45° zur optischen Achse (3) verläßt der reflektierte Lichtstrahl (6′) die Einheit (1, 2) unter einem Ablenkwin­ kel von 90° gegenüber dem einfallenden Lichtstrahl (6). Ein Ablenkwinkel von 90° kann aber zu störenden Lichtreflexen führen, die von der Abtast- bzw. Auf­ zeichnungsebene in die Ablenkvorrichtung zurückgeworfen werden. Zur Ver­ meidung solcher Lichtreflexe erweist es sich als vorteilhaft, einen von 90° ab­ weichenden Ablenkwinkel zu wählen. Dies wird, wie in Fig. 1 dargestellt, durch eine von 45° abweichende Neigung der Reflexionsfläche (4) und unter der optischen Bedingung, daß die Lichtaustrittsfläche (8) senkrecht zur Lichtaus­ trittsrichtung (7) liegen muß, durch eine entsprechende Neigung der Lichtaus­ trittsfläche (8) gegenüber der optischen Achse (3) erreicht. Um die Rotations­ symmetrie der aus Ablenkprisma (1) und Trägerprisma (2) gebildeten Einheit (1, 2) zu erhalten, ist dann die der Lichtaustrittsfläche (8) gegenüberliegende Flä­ che des Trägerprismas (2) ebenfalls entsprechend geneigt, so daß die Form der Einheit (1, 2) geringfügig von einem Würfel bzw. Quader abweicht. Um derartige Lichtreflexe zu vermeiden, ist ein von 90° abweichender Ablenkwinkel von ca. 1 bis 5° ausreichend.

Zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften der Lichtstrahl-Ablenk­ vorrichtung bezüglich der Ausbildung von Luftturbulenzen und Laufgeräuschen sind in vorteilhafter Weise die Kanten und die optisch nicht genutzten Ecken der würfel- bzw. quaderförmigen Einheit (1, 2) abgerundet, und die ebenen Außen­ flächen (12) der Einheit (1, 2) nehmen, wie aus der perspektivischen Ansicht in Fig. 2 ersichtlich, nahezu kreisförmige Gestalt an.

Eine weitere Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften der Ablenkvor­ richtung wird in bevorzugter Weise dadurch erreicht, daß an mindestens zwei der drei nicht genutzten Außenflächen (12) der Einheit (1, 2) Kugelkalotten (13, 14, 15) bzw. Kugelsegmente angebracht sind, wobei die genutzten Außenflächen die Lichteintrittsfläche (5), die Lichtaustrittsfläche (8) und diejenige Außenfläche sind, welche mit der Aufnahme (9) verbunden ist.

Die Kugelkalotten (13, 14, 15), die beispielsweise durch Klebung mit der Einheit (1, 2) verbunden sind, verleihen dieser bereichsweise eine im wesentlichen ku­ gelförmigen Außenkontur, welche hohe Drehzahlen erlaubt, ohne daß große Luftturbulenzen und Laufgeräusche entstehen. Dadurch lassen sich Verunreini­ gungen der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung durch Schwebeteilchen, die in der die Vorrichtung umströmenden Luft enthalten sind, verringern. Die kugelförmige und damit glatte Außenkontur ermöglicht außerdem eine einfache Reinigung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht gemäß Blickrichtung II-II in Fig. 1, in der die Licht­ eintrittsfläche (5) und die Lichtaustrittsfläche (8) als genutzte Außenflächen der Einheit (1, 2) sichtbar sind. In der Seitenansicht sind außerdem die an den nicht genutzten Außenflächen (12) angebrachten drei Kugelkalotten (13, 14, 15) darge­ stellt. Die an den seitlichen Außenflächen (12) angebrachten Kugelkalotten (13, 14) haben darüber hinaus den Vorteil, daß sie die Festigkeit der Verbindung zwischen Ablenkprisma (1) und Trägerprisma (2) verbessern, da die Grundflä­ chen der Kugelkalotten (13, 14) die beiden Prismen (1, 2) durch eine zusätzliche Klebeverbindung zusammenhalten. Die an der der Lichtaustrittsfläche (8) gegen­ überliegenden Außenfläche (12) angebrachte Kugelkalotte (15) verbessert die aerodynamischen Eigenschaften der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung noch weiter.

Die Kugelkalotten (13, 14, 15) können beispielsweise aus Glas, Metall oder aus einem leichten, porösen Werkstoff gefertigt sein. Als Kugelkalotten können in vor­ teilhafter Weise auch handelsübliche optische Linsen verwendet werden.

Bei Verwendung von drei Kugelkalotten (13, 14, 15) kann der Schwerpunkt durch eine leichte Dezentrierung der kompletten Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung wieder auf die optische Achse (3) gebracht werden.

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung nach Fig. 1. An der Lichteintrittsfläche (5) der Einheit (1, 2) ist eine scheiben- oder ringförmige Abdeckung (16) z. B. durch Klebung angebracht, welche die Einheit (1, 2) in ra­ dialer Ausdehnung überkragt. Die Funktion einer Abdeckung an der der Licht­ eintrittsfläche (5) gegenüberliegenden Fläche der Einheit (1, 2) kann die Auf­ nahme (9) selbst oder eine separate scheiben- oder ringförmige Abdeckung übernehmen.

Durch die Abdeckungen wird in vorteilhafter Weise die Ausbildung einer Luftströ­ mung in Richtung auf die mit Licht beaufschlagten Flächen weiter vermindert. Gegebenenfalls auftretende Luftströmungen werden abgeleitet und können mit ihnen transportierte Verunreinigungen nicht in den Bereich der für den Lichttrans­ port vorgesehenen Flächen leiten.

Die an der Lichteintrittsfläche (5) angebrachte Abdeckung (16) kann aus einem transparenten Material gefertigt sein, so daß der ankommende Lichtstrahl (6) durch die transparente Abdeckung (16) auf die Lichteintrittsfläche (5) gelangen kann. Alternativ kann die Abdeckung (16) auch eine zentrale Lichteintrittsöffnung (17) für den Lichtstrahl (6) aufweisen.

Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel für eine Lichtstrahl-Ablenkvor­ richtung in einen nach dem Innentrommel-Prinzip arbeitenden Aufzeichnungsge­ rät (Recorder; Belichter). Bei einem solchen Innentrommel-Recorder oder Innen­ trommel-Belichter ist ein Aufzeichnungsmaterial (18) an der Innenwand einer halbschalenförmigen bzw. zylindersegmentartigen Halterung (19) befestigt. Die erfindungsgemäße Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (20) rotiert um die optische Achse (3) der Halterung (19). Der Lichtstrahl (6′) wird von einem Bildsignal hellig­ keitsmoduliert und zur punkt- und zeilenweisen Aufzeichnung von Informationen mittels der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (20) radial über das Aufzeichnungsma­ terial (18) gelenkt. Dazu bewegt sich die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (20) ent­ lang der optischen Achse (3) mittels eines nicht dargestellten Antriebes.

Die erfindungsgemäße Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung kann mit Vorteil auch bei Aufzeichnungsgeräten, die nach dem Flachbett-Prinzip arbeiten, verwendet wer­ den.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung ebenfalls bei Vorlagen-Abtastgeräten einzusetzen. In diesem Falle dient der abgelenkte Licht­ strahl zur punkt- und zeilenweisen Beleuchtung von abzutastenden Vorlagen.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtstrahles, bestehend aus

• - einem sich in Richtung einer Rotationsachse (3) erstreckenden, lichtdurchlässigen Ablenkprisma (1), das eine Lichteintrittsfläche (5), eine dazu schräg verlaufende Reflexionsfläche (4) und eine Lichtaustrittsfläche (8) aufweist, und
• - einem Trägerprisma (2), das an der Reflexionsfläche (4) mit dem Ablenk­ prisma (1) verbunden ist, wobei das Trägerprisma (2) das Ablenkprisma (1) im wesentlichen zu einer würfel- bzw. quaderförmigen Einheit (1, 2) er­ gänzt, die um eine zur Lichteintrittsfläche (5) des Ablenkprismas (1) senk­ recht stehende optische Achse (3) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer mindestens bereichs­ weise rotationssymmetrisch zur optischen Achse (3) ausgebildeten Einheit (1, 2)
• - die optisch nicht genutzen Kanten und Ecken der würfel- bzw. quaderför­ migen Einheit (1, 2) abgerundet sind und
• - an mindestens zwei der nicht genutzen Außenflächen (12) der Einheit (1, 2) Kugelkalotten (13, 14, 15) angebracht sind, welche die Kontur der Einheit (1, 2) mindestens bereichsweise zu einer kugelförmigen Außenkon­ tur ergänzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger­ prisma (2) aus einem lichtundurchlässigen Material, vorzugsweise aus Metall, besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ lenkprisma (1) aus Glas besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkprisma (1) und das Trägerprisma (2) durch Klebung miteinan­ der verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kugelkalotten (13, 14) an denjenigen Außenflächen (12) der Einheit (1, 2) angeordnet sind, die aus Flächen beider Prismen bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Kugelkalotte (15) an der der Lichtaustrittsfläche (8) gegen­ überliegenden Außenfläche (12) der Einheit (1, 2) angebracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelkalotten (13, 14, 15) mit den Außenflächen der Einheit (1, 2) durch Klebung verbunden sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lichteintrittsfläche (5) gegenüberliegende Außenfläche (12) der Einheit (1, 2) mit einer scheibenförmigen, rotatorisch angetriebenen Aufnahme (9) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kugelkalotten (13, 14, 15) handelsübliche optische Linsen verwendet werden.

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

• - die Reflexionsfläche (4) einen Neigungswinkel von 45° zur optischen Achse (3) aufweist und
• - die Lichtaustrittsfläche (8) und die Lichteintrittsfläche (5) einen Winkel von 90° einschließen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Reflexionsfläche (4) einen von 45° abweichenden Neigungswinkel zur optischen Achse (3) aufweist und
• - die Lichtaustrittsfläche (8) durch eine gegenüber der Lichteintrittsfläche (5) von 900 abweichende Neigung so ausgerichtet ist, daß der von der Refle­ xionsfläche (4) kommende Lichtstrahl (6′) senkrecht durch diese fällt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die der ge­ neigten Lichteintrittsfläche (8) gegenüberliegende Außenfläche (12) der Ein­ heit (1, 2) zur Erhaltung der Rotationssymmetrie entsprechend geneigt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Ablenkprisma (1) und Trägerprisma (2) aus Materialien mit annähernd gleichen spezifischen Gewichten gefertigt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Ablenkprisma (1) und Trägerprisma (2) aus Materialien mit annähernd gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten gefertigt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (1, 2) mindestens eine scheibenförmiges Abdeckung (16) auf­ weist, die an der Lichteintrittsfläche (5) angeordnet ist und die Einheit (1, 2) in radialer Richtung überkragt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ deckung (16) aus einem lichtdurchlässigen Material besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ deckung (16) eine zentrale Lichteintritts-Öffnung (17) für den ankommenden Lichtstrahl (6) aufweist.