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Linsenrasterobjektiv - Dokument DE2843798C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE2843798C2 23.03.1989
Titel Linsenrasterobjektiv
Anmelder Canon K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Matsui, Yoshiya;
Minami, Setsuo;
Mochizuki, Noritaka, Yokohama, Kanagawa, JP
Vertreter Tiedtke, H., Dipl.-Ing.; Bühling, G., Dipl.-Chem.; Kinne, R., Dipl.-Ing.; Grupe, P., Dipl.-Ing.; Pellmann, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 06.10.1978
DE-Aktenzeichen 2843798
Offenlegungstag 19.04.1979
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.03.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.03.1989
IPC-Hauptklasse G02B 13/24
IPC-Nebenklasse G02B 17/08   G02B 27/18   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Linsenrasterobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mittels eines derartigen Linsenrasterobjektivs, das in der GB-PS 14 62 085 gezeigt ist, wird eine Vorlage, die auf einer Objektfläche angeordnet ist, mittels einer Vielzahl von Abbildungssystemen auf einer Projektionsfläche abgebildet. Auf einer Spiegelfläche wird dabei mittels der Abbildungssysteme ein Zwischenbild der Vorlage erzeugt, das mittels der gleichen Abbildungssysteme auf die Projektionsfläche projiziert wird. Ein Abbildungssystem besteht jeweils aus zwei Linsen, die zur Sicherstellung einer ausreichenden Abbildungsleistung exakt zueinander ausgerichtet sein müssen.

Eine derartige Ausrichtung ist sehr zeitaufwendig und kostenintensiv, insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, daß eine Vielzahl von Abbildungssystemen vorhanden ist. Es ist deshalb wünschenswert, die Abbildungssysteme aus jeweils nur einer Einzellinse auszubilden. Allerdings tritt dabei der Nachteil auf, daß die Abbildungseigenschaften, insbesondere die Lichtintensitätsverteilung auf der Projektionsfläche, gegenüber einem mehrlinsigen Aufbau verschlechtert sind, daß es zu einer Abschattung des Bildfeldes kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Linsenrasterobjektiv derart weiter zu bilden, daß es bei guten Abbildungseigenschaften einen einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist der Zusammenbau des Linsenrasterobjektivs aufgrund der Verwendung von Einzellinsen in Form von Stablinsen für jedes Abbildungssystem wesentlich vereinfacht, da der Spiegel nur senkrecht zur optischen Achse der Stablinsen angeordnet zu werden braucht. Die gleichzeitige Erfüllung aller fünf anmeldungsgemäßen Konstruktionsbedingungen gewährleistet dabei gute Abbildungseigenschaften trotz der Verwendung von Einzellinsen.

Aus der US-PS 36 94 076 ist es an sich bekannt, in einem Linsenrasterobjektiv, das der Abbildung einer auf einer Objektfläche angeordneten Vorlage auf einer Projektionsfläche mittels einer Vielzahl von Abbildungssystemen dient, Stablinsen zu verwenden. Allerdings ist bei dem Linsenrasterobjektiv gemäß der US-PS 36 49 076 jedes Abbildungssystem ebenfalls aus mehreren Linsen aufgebaut, so daß es auch die in Zusammenhang mit dem Linsenrasterobjektiv gemäß der GB-PS 14 62 085 geschürten Nachteile aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Linsenrasterobjektives,

Fig. 2 eine Darstellung der Strahlengänge im Linsenrasterobjektiv gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Linsenrasterobjektives und

Fig. 4 eine Darstellung der Strahlengänge im Linsenrasterobjektiv gemäß Fig. 3.

Ein Linsenrasterobjektiv dient der Abbildung einer auf einer Objektivfläche 1 angeordneten Vorlage auf eine Projektionsfläche 5 und weist einen halbdurchlässigen Spiegel 2, im folgenden kurz Halbspiegel genannt, der mit einer Neigung von 45° relativ zur optischen Achse angeordnet ist, und eine Vielzahl von Stablinsen 3 auf, die relativ zu ihrem wirksamen Linsendurchmesser eine große Länge besitzen. Die Stablinsen 3 sind senkrecht zu ihren optischen Achsen nebeneinander angeordnet und bilden jeweils ein Abbildungssystem, das einen Teilbereich der Vorlage abbildet. Ein Planspiegel 4 ist in einer zur Objektfläche 1 im wesentlichen konjugierten Lage angeordnet. Wenn im Bildfeld einer Stablinse 3, d. h. im entsprechenden Teilbereich der Vorlage ein Buchstabe "P" liegt, bildet die Stablinse 3 ein Zwischenbild des Buchstabens "P" auf dem Planspiegel 4 oder in dessen Nachbarschaft aus. Die Lichtstrahlen, die das Zwischenbild des Buchstabens "P" bilden, werden an dem Planspiegel 4 reflektiert, treten wiederum in die Stablinse 3 ein und werden mittels des Halbspiegels 2 auf die Projektionsfläche S gerichtet, wodurch ein Spiegelbild des Buchstabens "P" auf der Projektionsfläche 5 ausgebildet wird.

Gemäß Fig. 2 sind in dem Linsenrasterobjektiv eine Aperturblende 6, eine Bildfeldblende 7 und eine optische Achse 8 vorgesehen. Die Stablinse 3 sollte vorzugsweise so ausgelegt sein, daß ihre Länge in Richtung der optischen Achse dem Zwei- bis Sechzigfachen ihres wirksamen Linsendurchmessers entspricht. Dabei sollten die später erläuterten Bedingungen (6) bis (10) erfüllt sein.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Stablinse 3 an ihrer objektseitigen Linsenfläche einen Krümmungsradius r&sub1;, an ihrer bildseitigen Linsenfläche einen Krümmungsradius r&sub2; und entlang der optischen Achse 8 eine Länge d&sub1; auf. Die Stablinse 3 besteht aus einem Workstoff, der bei einer Konstruktionswellenlänge eines Brechungsindex n&min;&sub1; hat. Darüber hinaus sind der Fig. 2 der wirksame Durchmesser Φ&sub1; der Stablinse 3, die Größe Φ&sub0; der Vorlage, die Größe Φ&sub2; des durch die Stablinse 3 erzeugten Zwischenbildes, der Abstand S&sub1; der Vorlage zur objektseitigen Linsenfläche der Stablinse 3 und der Abstand S&sub2; des Zwischenbildes zur bildseitigen Linsenfläche der Stablinse 3 zu entnehmen. Die Lateralvergrößerung bzw. der Abbildungsmaßstab β&sub1; der Stablinse 3 ist definiert zu:



Die objektseitige effektive F-Zahl der Stablinse 3 ist definiert zu:



Der Abbildungsmaßstab β&sub1;(|β&sub1;| < 1) ist, so festgelegt, daß kein Abschatten des Bildfeldes auftritt. Aus den fünf vorgegebenen Größen Fe, β&sub1;, S&sub1;, S&min;&sub2; und n&min;&sub1; können unter Anwendung des Prinzips der idealen Abbildung aus den nachstehenden Beziehungen der Krümmungsradius r&sub1;, der Krümmungsradius r&sub2;, die axiale Länge d&min;&sub1;, der wirksamen Durchmesser Φ&sub1; und die Größe Φ&sub0; der Vorlage bestimmt werden.

Der Zusammenhang zwischen dem Abbildungsmaßstab β&sub1; und den Konstruktionsdaten der Stablinse ist durch die Gleichung



gegeben, worin



die Brechkraft der objektseitigen Linsenfläche,



die Brechkraft der bildseitigen Linsenfläche und



repräsentieren.

Die Bedingung, daß die Hauptstrahlen des von der Vorlage ausgehenden Strahlenbündels, d. h. die an dem Schnittpunkt der optischen Achse mit der objektseitigen Linsenfläche in die Stablinse eintretenden Lichtstrahlen parallel zur optischen Achse verlaufen, nachdem sie die Stablinse an der bildseitigen Linsenfläche verlassen haben, wird unter Berücksichtigung, daß die Brennweite der bildseitigen Linsenfläche, d. h. 1/Φ&sub2;, gleich e&min;&sub1; ist, durch die folgende Beziehung repräsentiert



Da die gemäß Fig. 2 unteren Lichtstrahlen des Strahlenbündels in der Stablinse 3 entlang deren Rand parallel zur optischen Achse verlaufen und da für das vom Rand der Vorlage ausgehende Strahlenbündel die Bedingung besteht, daß es nicht abgeschattet oder verdeckt wird, gilt folgende Gleichung:



Aus der Bedingung, daß der Abstand S&min;&sub2; des Zwischenbildes zur bildseitigen Linsenfläche auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden muß, ergibt sich folgende Gleichung:

S&min;&sub2; = β&sub1; × {(1-ψ&sub1; e&min;&sub1;)S&sub1;-e&min;&sub1;} (5)

Durch gleichzeitiges Auflösen der oben genannten Gleichungen (1) bis (5) nach r&sub1;, r&sub2;, d&min;&sub1;, Φ&sub1;, und Φ&sub0; werden folgende Gleichungen erhalten:





Ferner wurde experimentell gefunden, daß die Stablinse 3 in einem Maß von ±10% von den oben beschriebenen Gleichungen (6) bis (10) abweichen darf, d. h. die Stablinse muß so ausgelegt sein, daß sie den folgenden Bedingungen genügt:





wobei

K&sub1; = 0,9 und K&sub2; = 1,1

sind.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Daten eines Beispiels für eine Stablinse, die die genannten Bedingungen erfüllt.

Tabelle 1


Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Linsenrasterobjektivs, die für ein Bildreproduktionsgerät sehr geeignet und im Hinblick auf eine wirksame Ausnützung des Lichts vorteilhaft ist.

Eine Vorlage ist gemäß den Fig. 3 und 4 auf eine Objektfläche 1 aufgelegt. An Oberflächen eines Prismenblocks 10 sind Spiegelflächen 11, 12 und 13 ausgebildet, die relativ zur optischen Achse der Stablinse 3 geneigt sind. In der Bildebene der Stablinse 3 oder in der Nähe derselben ist ein Planspiegel 4 angeordnet. Ein fotoempfindliches Material oder eine fotoempfindliche Trommel bildet eine Projektionsfläche 5. Obwohl es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist ein Mechanismus zum Bewegen der Vorlage und des fotoempfindlichen Materials in Pfeilrichtung gemäß Fig. 3 vorgesehen. Die Stablinsen 3, die in einer Reihe senkrecht zur Bewegungsrichtung der Vorlage und des fotoempfindlichen Materials angeordnet sind, erzeugen auf dem Planspiegel 4 schlitzförmige Teilbilder, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Vorlage verlaufen. In der Zeichnung ist repräsentativ hierfür ein Buchstabe "P" gezeigt, der in einem Bereich angeordnet ist, der von einer der Stablinsen 3 erfaßt wird. Dieser Zustand ist in Fig. 4 im Detail gezeigt. Von dem Buchstaben "P" der Vorlage ausgehende Lichtstrahlen werden von einem ersten Spiegel, der von der Spiegelfläche 11 gebildet wird, reflektiert und treten in den oberen Teil der Stablinse 3 ein. Demgemäß wird auf dem Planspiegel 4 ein umgekehrtes Zwischenbild ausgebildet, das in einem gewissen Ausmaß verkleinert ist. Die an dem Planspiegel 4 reflektierten Lichtstrahlen treten wieder in die Stablinse 3 ein, wobei die aus dem unteren Teil der Stablinse 3 austretenden Lichtstrahlen an einem zweiten Spiegel, der die Spiegelflächen 12 und 13 umfaßt, reflektiert werden und ein Bild auf der Projektionsfläche 5 erzeugt. Indem die Vorlage und das fotoempfindliche Material in Pfeilrichtung bewegt werden, wird die gesamte Vorlage auf das fotoempfindliche Material projiziert. In Fig. 4 sind desweiteren eine Aperturblende 6 und eine Bildfeldblende 7 dargestellt.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist als Beispiel die Anordnung der Stablinsen in einer einzigen Reihe gezeigt. Die Stablinsen können jedoch auch in Doppelreihen angeordnet werden, wobei ein gegenseitiger Versatz der einzelnen Reihen vorteilhaft ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Linsenrasterobjektiv zur Abbildung einer auf einer Objektfläche angeordneten Vorlage mittels einer Vielzahl von Abbildungssystemen, die in einer vorbestimmten Richtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils einen Teilbereich der Vorlage abbilden, mit einem Planspiegel, der in der Bildebene der Abbildungssysteme angeordnet ist und auf dem mittels der Abbildungssysteme ein Zwischenbild der Vorlage erzeugt wird, das anschließend wiederum mittels der Abbildungssysteme auf eine Projektionsfläche projiziert wird, und mit einem Trennspiegel, der lichteintrittsseitig vor den Abbildungssystemen den Objekt- vom Bildstrahlengang trennt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abbildungssystem aus einer einzigen Stablinse (3) besteht, die an ihren beiden axialen Enden eine Linsenfläche aufweist, wobei das Abbildungssystem folgenden Bedingungen genügt:



    in denen

    r&sub1; den Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche,

    r&sub2; den Krümmungsradius der bildseitigen Linsenfläche,

    d&min;&sub1; die axiale Länge der Stablinse,

    R&sub1; den wirksamen Durchmesser der Stablinse,

    R&sub0; die Größe der Vorlage,

    n&min;&sub1; den Brechungsindex des Werkstoffs der Stablinse bezüglich einer Konstruktionswellenlänge,

    β&sub1; die Lateralvergrößerung bzw. den Abbildungsmaßstab der Stablinse,

    S&sub1; den Abstand der Vorlage zur objektseitigen Linsenfläche der Stablinse,

    S&min;&sub2; den Abstand des Zwischenbildes zur bildseitigen Linsenfläche der Stablinse und

    Fe die objektseitige effektive F-Zahl der Stablinse repräsentieren und wobei K&sub1; = 0,9 und K&sub2; = 1,1 ist.
  2. 2. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Planspiegel (4) eine Bildfeldblende (7) vorgesehen ist.
  3. 3. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennspiegel von einem halbdurchlässigen Spiegel (2) gebildet ist, der unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse (8) zwischen der Objektfläche (1) und der Stablinse (3) angeordnet ist.
  4. 4. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennspiegel einen zur optischen Achse geneigt angeordneten ersten Spiegel (11), der die von der Objektfläche (1) ausgehenden Lichtstrahlen in die Stablinse (3) umlenkt und einen zur optischen Achse geneigt angeordneten zweiten Spiegel (12, 13) aufweist, der die am Planspiegel (4) reflektierten und die Stablinse (3) durchdringenden Lichtstrahlen auf die Projektionsfläche (5) richtet.
  5. 5. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (11) und der zweite Spiegel (12, 13) auf unterschiedlichen Oberflächen eines Prismenblocks (10) ausgebildet sind.






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