DE2722821C2

DE2722821C2 -

Info

Publication number: DE2722821C2
Application number: DE2722821A
Authority: DE
Inventors: Tibor Los Altos Hills Calif. Us Fisli
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1987-07-23
Also published as: FR2351771B1; JPS6125131B2; GB1577888A; JPS52141238A; FR2351771A1; NL7705500A; DE2722821A1; US4101365A; CA1095208A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von polygonalen Mehrfacetten-Abtastelementen, bei dem ein an seinem Umfang eine Facettengeometrie aufweisendes Abtastelement hergestellt und an seinem Umfang mit einem Licht reflektierenden Überzug versehen wird.

Ein Mehrfacetten-Abtastelement dieser Art ist aus der US-PS 36 07 457 bekannt. Derartige Abtastelemente werden beispielsweise in Verbindung mit Geräten für die Fernsehtechnik eingesetzt, wobei sie für die Bildabtastung längs einer Dimension, üblicherweise für die Zeilenabtastung, eingesetzt werden. Seit Beginn der Fernsehtechnik und insbesondere des Einsatzes von Kameras, die mit Bildspeichersystemen arbeiten, ist der Bedarf für solche Spiegelprismen bzw. Mehrfacetten-Abtastelemente stark gestiegen. In jüngerer Zeit entwickelte Fernsehkameras arbeiten im Bereich der Infrarotstrahlung beispielsweise mit Wellenlängen von 2 bis 5,5 µm. Dabei werden Spiegel oder ähnliche Licht ablenkende optische Einrichtungen zur Abtastung einer Abbildung benötigt. Da an diese Abtastelemente hohe Anforderungen gestellt werden, beispielsweise niedrige Wärmeausdehnung, ein niedriger Poissonscher Beiwert und eine gute Bearbeitbarkeit, können nicht beliebige Materialien zur Herstellung der Abtastelemente verwendet werden. Im allgemeinen hat man derzeit Abtastelemente nur aus Glas rostfreiem Stahl, wie in der US-PS 36 07 457 beschrieben, Beryllium und Chromkarbid hergestellt. Bei den zuletzt genannten Materialien, Beryllium und Chromkarbid, treten jedoch Probleme insofern auf, als Beryllium, welches zwar überlegene Materialeigenschaften hat, sehr teuer ist, während Chromkarbid zwar weniger teuer ist, aber eine sehr hohe Dichte aufweise, so daß für den Gesamtaufbau der Abtastvorrichtung ein Antriebsmotor und ein Lager benötigt werden, die sehr viel schwerer und deshalb kostspieliger als sonst üblich sind. Bei der Verwendung von Stahl, wie in der genannten US-PS vorgeschlagen, muß dieser, um eine hochreflektierende Oberfläche zu erhalten, mit einem Metall überzogen werden, in dem dort beschriebenen Fall mit Gold.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich Abtastsysteme herstellen lassen, die genauer, preisgünstiger und leichter als bekannte Abtastsysteme sind.

Gemäß einer ersten Lösung wird dies mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß man das Abtastelement in Form eines Spritzringes durch Einspritzen von Acryl in einen Formringraum herstellt, der durch einen die Facettengeometrie aufweisenden Teil eines Formhohlraums und durch eine in dem Hohlraum angeordnete Aluminiumnabe begrenzt ist, daß man den Umfang des entformten Acrylabtastelementes mit Magnesiumfluorid beschichtet und auf diese Schicht eine spiegelähnliche Endschicht aus Aluminium aufbringt. Bei dieser Lösung wird erfindungsgemäß eine Aluminiumnabe verwendet, die in einem Formhohlraum mit der gewünschten Facettengeometrie angeordnet wird. Die Größe der Aluminiumnabe ist so ausgelegt, daß sich ein geeignet dimensionierter Spritzring mit geeigneten mechanisch und optischen Eigenschaften für die Anwendung insbesondere in der Hochgeschwindigkeitsabtastung ergibt. Acryl wird im Spritzgußverfahren in den Spalt zwischen der Aluminiumnabe und dem die Facettengeometrie aufweisenden Teil des Formhohlraums eingebracht. Damit das sich ergebende Teil auch bei Raumtemperatur ein spannungsfreier Ring ist, müssen die Aluminiumscheiben beispielsweise auf ca. 260°C oder ungefähr 38° über der Formtemperatur vorgewärmt werden, um die etwas hohe Schrumpfrate des Acryls zu kompensieren. Die Wirkung dieser Vorwärmung auf die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Aluminiumlegierung ist minimal. Besonders eignet sich Aluminium 7075-T651 als Material.

Bei einer weiteren Lösung, die ebenfalls zu einem Abtastelement führt, das insbesondere für hohe Geschwindigkeiten eingesetzt werden kann, ist das eingangs genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man das Abtastelement in Form eines spritzgegossenen Acrylrings herstellt und den Acrylring mit dem Umfang einer entsprechend dimensionierten Aluminiumnabe verklebt, daß man die Facetten des Acrylrings mit Magnesiumfluorid beschichtet und auf diese Schicht eine spiegelähnliche Endschicht aus Aluminium aufbringt.

Mit dem zuerst genannten Verfahren lassen sich Abtastelemente erzeugen, mit denen sich Umdrehungszahlen pro Minute von etwas weniger als ca. 40 000 erzielen lassen, während mit dem zweiten Verfahren Umdrehungen von etwas mehr als 40 000 pro Minute möglich sind. Dieser Unterschied ist darauf zurückzuführen, daß bei dem ersten Verfahren ein Bruchteil der Festigkeit des Acryls dazu verwendet wird, um den Ring auf der Scheibe zu halten, während bei dem zweiten Verfahren die Festigkeit des Rings durch den Klebstoff bzw. Kitt erhöht wird, mit dem das Acryl auf der Aluminiumscheibe gehalten wird. Die obigen Werte sind aus der folgenden Gleichung abgeleitet: Dabei bedeuten:

S _(t) = die maximale tangentiale Spannung
(PSI) an der Bohrung γ = Gewicht pro Zoll³ (0,05) G = Gravitationskonstante ω = Winkel im Bogenmaß bzw. Radian
pro Sekunde.

Bei einer dritten Lösung ist das eingangs genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man das Abtastelement in Form eines spritzgegossenen Mehrfacettenteiles durch Einspritzen von Acryl in einen Formhohlraum herstellt, der die Facettengeometrie aufweist, daß man den Umfang des entformten Acrylabtastelementes mit Magnesiumfluorid beschichtet und auf diese Schicht eine spiegelähnliche Endschicht aus Aluminium aufbringt.

Diese Lösung ist noch einfacher und billiger, weil das Mehrfacettenteil als ein solides, massives und allein durch Spritzgießen aus Acryl hergestelltes Abtastelement ausgebildet ist. Es wird also auf Aluminiumscheiben verzichtet. Mit einem deratigen Abtastelement können jedoch keine so hohen Drehzahlen wie mit den nach den beiden zuerst genannten Verfahren hergestellten erreicht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erindung in den abhängigen Unter ansprüchen beschrieben.

Soweit bei den ersten beiden Verfahrensvarianten eine Aluminiumlegierung verwendet wird, hat sich die Legierung 7075-T651 insbesondere dann als günstig erwiesen, wenn eine außergewöhnlich hohe Festigkeit und Härte gefordert wird. Die Eigenschaften dieser Legierung sind die folgenden:

Nominelle chemische Zusammensetzung

Zink5,6 % Magnesium2,5 % Kupfer1,6 % Chrom0,3 % AluminiumRest (einschließlich
normalen Verunreinigungen)

Typische mechanische Eigenschaften
Zugfestigkeit583,6 N/mm² Streckfestigkeit513 N/mm² Längung, % in 2"11 Scherfestigkeit337,5 N/mm² Brinellhärte 10/500150

Typische physikalische Eigenschaften
Dichte2,768 g/cm³ Schmelzbereich,
näherungsweise477° C-637° C elektrische
Leitfähigkeit %
IACS bei 20° C33

Diese typischen Eigenschaften sind Mittelwerte.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Acrylring, dessen Umfang die geeignete Facettengeometrie hat und der direkt auf eine Aluminiumscheibe gegossen ist.

Fig. 2 eine Ausführungsform, bei welcher der Acrylring getrennt geformt und dann auf die vorgeformte Aluminiumscheibe geklebt ist und

Fig. 3 eine herkömmliche Hochgeschwindigkeits-Abtast einrichtung, bei der ein nach den Fig. 1 und 2 hergestelltes polygonales Abtastelement verwendet wird.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist an den Umfang einer genau spanabhebend bzw. maschinell bearbeiteten Alu miniumscheibe 30 aus der Aluminiumlegierung 7075-T651 ein Acrylring 31 angeformt, dessen Umfang die gewünschte Facettengeometrie hat. Der Acrylring 31 wird unter Ver wendung des herkömmlichen Spritzgußverfahrens angeformt, das folgende Schritte umfaßt: Vorgewärmtes Acryl wird im geschmolzenen Zustand in einen Formhohlraum mit der gewünschten Geometrie gedrückt. Die geeignete Facetten geometrie des Acrylrings wird hergestellt, indem Präzisionsoberflächen in dem Formhohlraum vorgesehen werden. Die vorgeformte Aluminiumscheibe 30 wird span abhebend auf die Geometrie einer kreisförmigen Scheibe mit einer Befestigungsbohrung in ihrer Achse 2 be arbeitet.

In Fig. 2 ist ein Acrylring 40 dargestellt, der ge trennt geformt und dann auf die oben erwähnte, vorgeformte Scheibe 30 aus der Aluminiumlegierung geklebt bzw. gekittet wird; dabei wird ein Kitt 41 verwendet.

Ein Aushebewinkel von 1,5 bis 2° liegt zwischen dem aufgeformten Acrylring 40 und der vorgeformten Alu miniumscheibe 30 vor. Auch in diesem Fall hat die vorgeformte Aluminiumscheibe 30 wieder die Geometrie einer Scheibe, von der ein Teil des Umfangs weggenommen ist, um Raum für den Acrylring zu schaffen.

Gemäß Fig. 3 fällt das von einem Laser 5 emittierte Licht durch einen Modulator 6 und wird von einem Spiegel 7 auf eine Strahlverbreiterungsanordnung 8 gegeben. Der verbrei terte Strahl fällt auf die Abtastfacetten 4, die von einem Motor 9 mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden. Der Ab taststrahl läuft sodann durch eine Fokussierlinse 10 und wird auf die Fotoempfangsfläche 11 gerichtet.

Bei den in den beiden Fig. 1 und 2 dargestellten Aus führungsformen ist der Acrylring zunächt mit einer Magne siumfluoridbeschichtung 32 und sodann einer Aluminiumschicht 33 beschichtet, auf die eine feinbearbeitete Schutzschicht 34 aus Silikonmonoxid oder eine andere geeignete Schutzschicht aufgebracht ist. In jedem Fall ist das Magnesiumfluorid mit irgendeiner geeigneten Technik aufgebracht, um sicherzu stellen, daß die richtige Facettengeometrie aufrechterhalten bleibt. Typische derartige Techniken bestehen unter anderem z. B. in einem Aufdampfverfahren im Vakuum. Das Aluminium wird durch Vakuumaufdampfung aufgebracht, wodurch sich ein spiegelähnlicher Feinbearbeitungsgrad unter Verwendung her kömmlicher Techniken erreichen läßt, die die geeignete und genaue Facettengeometrie aufrechterhalten und gewährleisten. Danach kann die SiO-Schutzschicht aufgebracht werden, wobei beliebige geeignete herkömmliche Techniken angewandt werden, durch die die Facettengeometrie aufrechterhalten bleibt. Typische Arbeitsmethoden umfassen unter anderem das Auf dampfen im Vakuum.

Der auf diese Weise hergestellte Mehrfacettenhochge schwindigkeitsabtaster kann für irgendeine geeignete herkömmliche Hochgeschwindigkeitsabtastung verwandt werden.

Um das Prinzip der Erfindung noch klarer zu definieren, werden im folgenden einige Beispiele angegeben. Soweit es nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Teile bzw. Prozentzahlen auf das Gewicht.

Beispiel 1

Es wird eine vorgeformte Scheibe aus Aluminium 7075-T651 mit folgenden Abmessungen verwendet: Außendurchmesser 50,8 mm; Innendurchmesser 19,05 mm; Dicke 9,53 mm; eine solche vorgeformte Aluminium scheibe wird an einer bestimmten Stelle in der Form gehalten, während Acryl in den Formhohlraum ge spritzt wird, der die geeignete Facettengeometrie hat. Nach dem Spritzgießen wird die Form gekühlt und das Teil herausgenommen. Der Acrylring wird fest auf der Aluminium scheibe durch die Kraft gehalten, die aufgrund der größeren Schrumpfrate des abgelagerten Acryls entsteht. eine 100Å dicke Schicht aus Magnesiumfluorid wird dann gleichförmig durch Aufdampfen im Vakuum auf das Acryl aufgebracht; dann wird eine 100Å dicke Schicht aus Aluminium durch Ablagerung im Vakuum über die Magnesium fluorid-Klebbeschichtung aufgebracht. Dann wird eine 200Å dicke Schicht aus SiO im Vakuum über den spiegel ähnlichen Aluminiumfacetten abgelagert, um sie zu schützen. Dazu werden Scheiben auf eine Stange montiert und zusammen mit MgF₂, Aluminium und SiO in einer Vakuumkammer angeordnet. Die Kammer wird auf den gewünschten Unterdruck leergepumpt, und MgF₂, Aluminium und SiO werden in dieser Reihenfolge ver dampft, indem sie über ihre Schmelztemperaturen er wärmt werden. Während der Verdampfung werden die Teile auch gedreht.

Beispiel II

Ein Acrylring wird genau auf die folgenden Geometrie geformt: 72,64 mm Durch messer über den Facetten, 58,725 mm Innen durchmesser und 9,525 mm Dicke. Der Acryl ring wird durch Spritzgießen in einem Hohlraum mit der gewünschten Geometrie und mit hoher Genauigkeit unter Verwendung der herkömmlichen Verfahren herge stelllt.

Dieser Ring wird dann auf eine vorgeformte Aluminium-Scheibe gekittet, wobei ein für ultraviolettes Licht empfind licher Kitt bzw. Klebstoff verwendet wird. Die Dicke des Kittes zwischen dem Acrylring und der Aluminiumscheibe be trägt näherungsweise 0,1524 mm. Der Kitt wird auf die Aluminiumscheibe durch eine Injektions nadel aufgebracht, wie sie für medizinische Anwendungen bekannt ist. Nachdem der Acrylring an seine Stelle gebracht und durch Belichtung mit einer Xenon-Licht quelle, die im Bereich von 3.600 Å strahlt, fixiert bzw. ausgehärtet worden ist, wird eine 100Å dicke Beschichtung aus Magnesiumfluorid über dem Ring auf gebracht; dann wird eine 100Å dicke spiegelähnliche Feinschicht aus Aluminium auf der Fläche der mit Magnesium fluorid beschichteten Facetten abgelagert, die dann wie im Beispiel I mit einer 200 Å dicken SiO-Schutz schicht bedecktwird. Bei den hier beschriebenen Schritten für die genaue Fertigung der Aluminium scheibe sind das Anwendungsverfahren und das Spritz gießverfahren des Acrylrings auf die geeignete Facetten geometrie, das Verfahren zur Beschichtung der Facetten des Acrylrings mit dem Magnesiumfluorid, das Verfahren der Aufbringung des Aluminiums auf den mit dem Kleb stoff beschichteten Acrylring und das Verfahren der nochmaligen Beschichtung mit SiO im wesentlichen gleich den entsprechenden, in Beispiel I beschriebenen Schritten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von polygonalen Mehrfacetten-Abtastelementen, bei dem ein an seinem Umfang eine Facettengeometrie aufweisendes Abtastelement hergestellt und an sei nem Umfang mit einem Licht reflektierenden Überzug versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abtastelement in Form eines Spritzringes durch Einspritzen von Acryl in einen Form ringraum herstellt, der durch einen die Facettengeometrie aufweisen den Teil eines Formhohlraumes und durch eine in dem Hohlraum angeordnete Aluminiumnabe begrenzt ist, daß man den Umfang des entformten Acryl-Abtastelementes mit Magnesiumfluorid beschichtet und auf diese Schicht eine spiegelähnliche Endschicht aus Aluminium aufbringt.

2. Verfahren zur Herstellung von polygonalen Mehrfacetten-Abtastelementen, bei dem ein an seinem Umfang eine Facettengeometrie aufweisendes Abtastelement hergestellt und an sei nem Umfang mit einem Licht reflektierenden Überzug versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abtastelement in Form eines spritzgegossenen Acrylringes herstellt und den Acrylring mit dem Umfang einer entsprechend dimensionierten Aluminiumnabe verklebt, daß man die Facetten des Acrylringes mit Magnesiumfluorid beschichtet und auf diese Schicht eine spiegelähnliche Endschicht aus Aluminium aufbringt.

3. Verfahren zur Herstellung von polygonalen Mehrfacetten-Abtastelementen, bei dem ein an seinem Umfang eine Facettengeometrie aufweisendes Abtastelement hergestellt und an seinem Umfang mit einem Licht reflektierenden Überzug versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abtastelement durch Spritzgießen von Acryl herstellt und daß man die Facetten des entformten Acrylabtastelementes mit Magnesiumfluorid beschichtet und auf diese Schicht eine spiegelähnliche Endschicht aus Aluminium aufbringt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Aluminiumfläche eine Schutzschicht aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Siliciummonoxyd besteht.