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Dokumentenidentifikation DE2948348C2 08.05.1991
Titel Rasterobjektiv
Anmelder Canon K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Mochizuki, Noritaka, Yokohama, Kanagawa, JP;
Minami, Setsuo, Kawasaki, Kanagawa, JP;
Matsui, Yoshiya, Yokohama, Kanagawa, JP;
Midorikawa, Koyo, Sumida, Tokio/Tokyo, JP;
Tsunoda, Atsuo, Fuchu, Tokio/Tokyo, JP;
Murase, Hidetoshi;
Suzuta, Mikio, Yokohama, Kanagawa, JP;
Moriwaki, Masazumi, Tokio/Tokyo, 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 30.11.1979
DE-Aktenzeichen 2948348
Offenlegungstag 04.06.1980
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.05.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.05.1991
IPC-Hauptklasse G02B 13/24
IPC-Nebenklasse G03B 27/50   G03G 15/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rasterobjektiv gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solches Rasterobjektiv ist bekannt (DE-OS 28 13 763). Das bekannte Rasterobjektiv weist eine Vielzahl von Projektionssystemen auf, die jeweils zwei Stablinsen umfassen, die im Vergleich zu ihrem optisch wirksamen Durchmesser eine große axiale Länge haben. Jedes Projektionssystem bildet ein Teilbild der Objektebene auf einer Projektionsebene ab. Zwischen den beiden Stablinsen ist jeweils in der Zwischenbildebene eine Bildfeldblende angeordnet, um eine gleichförmige Lichtintensitätsverteilung in der Projektionsebene zu erzielen.

Die einzelnen Projektionssysteme sind senkrecht zur optischen Achse in zwei Reihen nebeneinanderliegend derart angeordnet, daß durch Zusammensetzen der einzelnen Teilbilder in der Projektionsebene ein Gesamtbild mit einer gleichförmigen Lichtintensitätsverteilung erzielt wird. Das erfordert allerdings eine sehr genaue gegenseitige Ausrichtung der einzelnen Projektionssysteme zueinander, da ansonsten Unregelmäßigkeiten in der Lichtintensitätsverteilung auftreten, die die Abbildungsqualität in der Projektionsebene nachteilig beeinflussen. Des weiteren ist eine genaue Montage bzw. ein genaues Einstellen der Bildfeldblenden notwendig, da ansonsten die Gleichförmigkeit der Lichtintensitätsverteilung der Teilbilder gestört ist. Die Anordnung der Bildfeldblende und deren genaues Einstellen ist darüber hinaus zeit- und kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Rasterobjektiv derart weiterzubilden, daß möglichst unabhängig von eventuellen Positionierfehlern der einzelnen Projektionssysteme eine gleichförmige Lichtintensitätsverteilung in der Projektionsebene erreicht wird, wobei jedes Projektionssystem für sich einen möglichst einfachen Aufbau aufweisen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst. Im wesentlichen ist vorgesehen, daß sich die Teilbilder der einzelnen Projektionssysteme in der Projektionsebene zumindest in ihren Randbereichen überlagern und daß durch die Geometrie der einzelnen Stablinsen sowie deren Anordnung relativ zueinander einerseits und die durch den Linsentubus gebildete Blende für die Zwischenbildebene andererseits für eine Lichtintensitätsverteilung des einzelnen Projektionssystems gesorgt ist, die ungefähr einer Gauß-Verteilung folgt, so daß die Helligkeit jedes Teilbildes zu seinem Rand hin nur allmählich abnimmt. Der Aufwand für die Anordnung einer Bildfeldblende in der Zwischenbildebene entfällt somit ebenso wie eine Beeinflussung der Lichtintensitätsverteilung durch mögliche Positionierfehler der Bildfeldblende. Darüber hinaus wirken sich auch Abweichungen vom Sollwert der Abstände der Projektionssysteme voneinander auf die Helligkeitsverteilung in der Projektionsebene nur unwesentlich aus, so daß eine hohe Gleichförmigkeit der Intensitätsverteilung in der Projektionsebene erreicht ist, ohne daß hierfür ein hoher Montage- bzw. Justieraufwand erforderlich ist.

Einzelne, jedoch nicht alle der Konstruktionsdaten des erfindungsgemäßen Rasterobjektivs sind auch für das gattungsbildende Rasterobjektiv vorgesehen. Ferner ist durch die DE-AS 12 98 407 ein gattungsfremdes Rasterobjektiv bekannt, bei dem bereits eine Überlappung der Randbereiche der Teilbilder vorgesehen ist und außerdem Zwischenschichten zwischen den Projektionssystemen des Rasterobjektivs vorgesehen sind, die in Richtung der optischen Achse angeordnet sind und wegen des Fehlens einer Feldblende eine Blendenwirkung haben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Projektionssystem eines Rasterobjektivs gemäß der DE-OS 28 13 763,

Fig. 2 schematisch die Elemente eines Projektionssystems gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rasterobjektivs,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht mehrerer Projektionssysteme, die in zwei Reihen zu einem Rasterobjektiv zusammengesetzt sind,

Fig. 4 die Abbildungswirkung des Projektionssystems gemäß Fig. 2,

Fig. 5 ein Diagramm der Lichtintensitätsverteilung, die mittels des Projektionssystems gemäß den Fig. 2 und 4 bewirkt wird,

Fig. 6A, 6B, 7A, 7B und 8 verschiedene Ausbildungen von lichtabsorbierenden Elementen sowie deren Wirkung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Kopiergerätes, das mit dem Rasterobjektiv ausgerüstet ist.

Bei dem durch die DE-OS 28 13 763 bekannten Rasterobjektiv umfaßt das Projektionssystem zwei Linsen 33 und 34, die im Vergleich zu ihrem wirksamen Durchmesser eine große axiale Länge aufweisen und nachstehend als Stablinsen bezeichnet werden. Bei diesem Projektionssystem ist eine Bildfeldblende 35 zwischen den Stablinsen 33 und 34 vorgesehen, um die Lichtintensitätsverteilung in der Projektions- bzw. Bildebene zu steuern. Hierbei ist die Lichtintensitätsverteilung in der Bildebene, die durch die Bildfeldblende 35 gesteuert ist, für jedes Teilbild im allgemeinen gleichförmig, und durch Zusammensetzen mit den Teilbildern benachbarter Projektionssysteme kann in der Schlitzfläche eine Gleichförmigkeit der in der Vorlagenabtastrichtung zeitintegrierten Lichtstärkeverteilung geschaffen werden. Wenn jedoch ein Fehler in dem Anordnungszwischenraum zwischen den einzelnen Projektionssystemen vorhanden ist, hat dies eine Unregelmäßigkeit der Lichtintensität zur Folge, wodurch das Bild nachteilig beeinflußt wird.

In den Fig. 2 und 4 ist ein Projektionssystem eines Rasterobjektivs einer ersten Ausführungsform dargestellt. Stablinsen 50 und 51 sind koaxial zueinander angeordnet, und auf einem Teil des Außendurchmessers ist ein lichtabsorbierendes Element 52 (s. Fig. 4) zum Beeinflussen der Lichtintensitätsverteilung in der Bildebene als eine Art Blende vorgesehen, die in Richtung der optischen Achse verläuft. Ein Teil der Fläche des Objektes in der Objektebene D bildet ein umgekehrtes Zwischenbild 53 zwischen den Stablinsen 50 und 51 und bildet schließlich ein aufrechtstehendes Teilbild im Verhältnis eins zu eins in der Bildebene P. In Fig. 2 sind Symbole der Stablinsen 50 und 51 dargestellt. Die Abbildungswirkung der Stablinsen ist in Fig. 4 wiedergegeben.

Das Projektionssystem wird nunmehr anhand von Fig. 4 und 5 ausführlicher beschrieben. Mittels dieses Projektionssystems wird in der Bildebene eine Gaußsche Lichtintensitätsverteilung erhalten, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Durch Überlagern der Randbereiche der Teilbilder wird eine Gleichförmigkeit der Belichtung bzw. Lichtmenge, die in der Vorlagenabtastrichtung zeitintegriert ist, erreicht.

Nunmehr wird der Hauptstrahl 54 beschrieben. Wenn ein Lichtstrahl 55, welcher von dem Rand des Objekts auf den (in Fig. 4) oberen Rand der ersten Oberfläche der Stablinse 50 auffällt, und ein Lichtstrahl 56, der von demselben Objektpunkt ausgehend durch den unteren Rand der zweiten Oberfläche der Stablinse 50 hindurchgeht, betrachtet werden, ist der Lichtstrahl, der genau in der Mitte der Höhen austritt, bei welchen die Lichtstrahlen 55 und 56 aus der zweiten Oberfläche austreten, und welcher parallel zu der optischen Achse in Richtung auf die Stablinse 51 verläuft, nämlich die Mitte des austretenden Lichtstrahles, als der Hauptstrahl 54 bezeichnet. Die Stablinse 50 ist auf der Bildseite telezentrisch, und die Stablinse 51 ist auf der Objektseite telezentrisch. Folglich werden die Lichtstrahlen, die das Zwischenbild schaffen, durch die Stablinse 51 ohne einen Verlust an Licht wirksam wieder in der Bildebene abgebildet. Das heißt, da die Stablinsen 50 und 51 telezentrisch ausgebildet sind, wirken die Oberfläche der Stablinse 50 auf der Bildseite und die Oberfläche der Stablinse 51 auf der Objektseite so, daß sie eine Luftlinse bilden. Der Lichtstrahl 57, der weiter unten als der Lichtstrahl 56 auffällt, geht durch die erste Oberfläche der Stablinse 50 hindurch, worauf er jedoch durch das lichtabsorbierende Element 52 geschwächt wird. Schließlich wird die Lichtintensitätsverteilung in der Bildebene eine Gaußsche Verteilung.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, sind die einzelnen Projektionssysteme aus den koaxial angeordneten ersten Stablinsen 50 und zweiten Stablinsen 51 zweireihig und bienenwabenförmig angeordnet in einer Anordnung, in welcher die zweite Reihe um a/2 bezüglich der ersten Reihe versetzt ist, wobei a der Anordnungszwischenraum zwischen den einzelnen Projektionssystemen ist. Dadurch wird in Richtung der Anordnung die Verteilung der Lichtmenge, die in der Richtung senkrecht zu der Richtung der Anordnung, d. h. in der Abtastrichtung integriert ist, im wesentlichen gleichförmig. Die Anordnung kann mehrere Reihen aufweisen, wobei die wabenförmigen zwei Reihen als eine Gruppe gelten. Der Abstand l zwischen der ersten und der zweiten Reihe ist entsprechend der Schlitzbreite festgelegt.

Die Gleichförmigkeit wird im Bereich von einigen Prozent gehalten, wenn die Beziehung zwischen dem Anordnungszwischenraum a und dem optisch wirksamen Durchmesser ∅&sub1; der Stablinse 50 der folgenden Bedingung genügt:

M&sub1; × ∅&sub1; < a < M&sub2; × ∅&sub1; (M&sub1; = 1,18; M&sub2; = 1,36)

Bei Versuchen hat sich ergeben, daß ein gutes Ergebnis erhalten werden kann, wenn für die Stablinsen 50 und 51 identische Linsen verwendet werden, die jedoch ebenensymmetrisch bezüglich des Zwischenbildes 53 sind.

Im Hinblick auf die Ausbildung der Stablinsen 50 und 51 sollen die ersten Stablinsen und die zweiten Stablinsen 51 Bedingungen genügen, die nachstehend noch angeführt werden. In den Gleichungen und Bedingungen bedeutet: r&sub1; den Krümmungsradius der ersten, objektseitigen Oberfläche der ersten Stablinse 50, r&sub2; den Krümmungsradius der zweiten, bildseitigen Oberfläche der ersten Stablinse 50 (wobei in den Zeichnungen r&sub2; eine negative Größe ist); d&sub1;&min; die Dicke in der Mitte der ersten Stablinse, nämlich den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche der ersten Stablinse entlang der optischen Achse; n&sub1;&min; den Brechungsindex der ersten Stablinse; ∅&sub1; den optisch wirksamen Durchmesser der ersten Stablinse; ∅&sub0; den Durchmesser des Objektes; ∅&sub2; den Durchmesser des Zwischenbildes 53; S&sub1; den Abstand von der ersten Oberfläche der Stablinse 50 zu der Objektebene D (wobei in der Zeichnung S&sub1; ein negativer Wert ist); S&sub2;&min; den Abstand von der zweiten Oberfläche der ersten Stablinse 50 zu dem Zwischenbild 53; β&sub1; (≡ -|∅&sub2;/∅&sub0;|) den Abbildungsmaßstab des Zwischenbildes 53 bezüglich des Objektes; und Fe die objektseitige wirksame Blendenzahl. Fe, S&sub1;, β&sub1; und S&sub2;&min; können vorgegeben sein, und aus diesen fünf vorgegebenen Werten können r&sub1;, r&sub2;, d&sub1;&min;, ∅&sub1; und ∅&sub0; mit Hilfe der idealen Abbildungstheorie berechnet werden. Aus der Definition der Blendenzahl F ergibt sich



Ebenso ergibt sich aus der paraxialen Anordnung:



wobei



und



ist.

Die folgende Beziehung ist aufgrund der Bedingung dargestellt, daß der Hauptstrahl 54 des einfallenden Lichtbündels von dem Gegenstand, nachdem er die zweite Oberfläche verlassen hat, parallel zu der optischen Achse austritt.



Aus der Bedingung, nach welcher der Öffnungswirkungsgrad bei dem maximal genutzten Bildwinkel null ist, ergibt sich die folgende Beziehung:



Schließlich ergibt sich aus der Bedingung, den Abstand S&sub2;&min; von der zweiten Oberfläche der ersten Stablinse 50 zu der Zwischenbildlage auf einem entsprechenden Wert zu halten, notwendigerweise die folgende Beziehung:



Durch Auflösen der Bedingungen in den Gleichungen (1) bis (6), bezüglich der Werte r&sub1;, r&sub2;, d&sub1;&min;, ∅&sub1; und ∅&sub0; werden die folgenden Ergebnisse erhalten:

r&sub1; = -(n&sub1;&min;-1) S&sub1; (7)

r&sub2; = S&sub1; × β&sub1; × (1-n&sub1;&min;) (8)

d&sub1;&min; = 2 × n&sub1;&min; × S&sub1; × β&sub1; (9)





Nunmehr wird die Linse 51 betrachtet, wobei in der Beschreibung wieder die in Fig. 2 dargestellten Symbole verwendet werden. Hierbei ist r&sub3; der Krümmungsradius der objektseitigen, ersten Oberfläche der zweiten Stablinse 41; r&sub4; der Krümmungsradius der bildseitigen zweiten Oberfläche der zweiten Stablinse (wobei in der Zeichnung r&sub4; ein negativer Wert ist); d&sub2;&min; die Dicke in der Mitte der zweiten Linse, nämlich der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche entlang der optischen Achse und n&sub2;&min; der Brechungsindex für die charakteristische Wellenlänge. Ferner ist ∅&sub3; der optisch wirksame Durchmesser dieser Stablinse; ∅&sub4; der Durchmesser des projizierten Bildes in der Projektionsebene; S&sub3; der Abstand von der ersten Oberfläche der Stablinse 51 zu dem Zwischenbild 53 (wobei in der Zeichnung S&sub3; eine negative Größe ist), und S&sub4;&min; der Abstand von der zweiten Oberfläche der zweiten Stablinse 51 zu dem projizierten Teilbild. Ferner ist



der Abbildungsmaßstab des projizierten Teilbildes bezüglich des Zwischenbildes 53, und Fe&min; ist die wirksame Blendenzahl dieser Stablinse 51 auf der Bildseite.

Die wirksame Blendenzahl Fe&min;, die durch die Bedingung festgelegt ist, die sich auf die Helligkeit des projizierten Bildes bezieht, nämlich



der Abbildungsmaßstab β&sub2;(|β&sub2;|>1) des projizierten Teilbildes und der Abstand S&sub4; des Zwischenbildes sowie der Abstand S&sub4;&min; der Linsenrückseite zu der Projektionsebene sind Werte, die vorher eingestellt werden können. Auch der Brechungsindex n&sub2;&min; des Materials ist durch Festsetzen der Güte des Materials festgelegt. Aus den festgesetzten Werten Fe&min;, β&sub2;, S&sub3;, S&sub4;&min; und n&sub2;&min; werden der Krümmungsradius r&sub3; der ersten Oberfläche der zweiten Stablinse 51, der Krümmungsradius r&sub4; deren zweiten Oberfläche, die Dicke d&sub2;&min;, der optisch wirksame Durchmesser ∅&sub3; der zweiten Stablinse und der wirksame Durchmesser ∅&sub4; des projizierten Teilbildes mit Hilfe der idealen Abbildungstheorie sowie aus den folgenden Bedingungen bestimmt.

Die Beziehung zwischen dem Abbildungsmaßstab β&sub2; und den Konstruktionsdaten der zweiten Stablinse 51 ist durch die folgende Gleichung gegeben:



wobei



und



ist.

Aus der Bedingung, nach der der Hauptstrahl des von dem Objekt auftreffenden Lichtbündels parallel zu der optischen Achse verläuft, wenn er auf die erste Oberfläche der zweiten Stablinse 51 auftrifft, werden die folgenden Gleichungen erhalten:



Aus der Bedingung, nach welcher der Öffnungswirkungsgrad bei dem maximal genutzten Bildwinkel null ist, ergibt sich die folgende Beziehung:



Schließlich ergibt sich aus der Bedingung, im vorhinein den Abstand S&sub3; von der ersten Oberfläche der zweiten Stablinse 51 zu der Zwischenbildlage auf einem entsprechenden Wert zu halten, die folgende Beziehung:



Durch gleichzeitiges Auflösen der Bedingungen in den Gleichungen (12) bis (17) bezüglich der Größen r&sub3;, r&sub4;, d&sub2;&min;, ∅&sub3; und ∅&sub4; werden die folgenden Ergebnisse erhalten:





Aufgrund der Tatsache, daß das Projektionssystem ein System mit einer aufrechtstehenden Vergrößerung eins-zu-eins ist, ergibt sich:



In einer derartigen Anordnung ist die folgende Gleichung notwendigerweise selbstverständlich:

Fe&min; = Fe (24)

Wenn in einem koaxialen optischen Projektionssystem mit einer Vergrößerung von eins-zu-eins und bei Verwendung der ersten Stablinse 50 und der zweiten Stablinse 51 β&sub1; und Fe der ersten Linse 50 aufgrund entsprechende Bedingungen vorgegeben sind, werden β&sub2; und Fe&min; der zweiten Stablinse mittels der Gleichungen (23) und (24) bestimmt. Hierbei muß jedoch die Tatsache beachtet werden, daß die übrigen Größen S&sub1;, S&sub2;&min; und n&sub1;&min; einerseits und die übrigen Größen S&sub3;, S&sub4;&min; und n&sub2;&min; andererseits unabhängig voneinander aufgrund entsprechender Bedingungen festgelegt werden können. Unterschiedliche Ausführung der ersten und der zweiten Stablinse führt im allgemeinen dazu, zwei Arten von Linsen herzustellen, was jedoch vom Produktionsstandpunkt her möglichst vermieden werden sollte. Unter diesem Gesichtspunkt denkt man sofort an ein koaxiales optisches System, in welchem die beiden Stablinsen symmetrisch bezüglich der Zwischenbildebene angeordnet sind, da die zweite Linse des vorerwähnten koaxialen optischen Projektionssystems mit einer aufrechtstehenden Vergrößerung von ein-zu-eins ohnehin den Bedingungen (23) und (24) genügt. In diesem Fall können die verschiedenen Größen, welche die zweite Linse beschreiben, aus den folgenden Beziehungen erhalten werden:

r&sub3; = -r&sub2;, r&sub4; = -r&sub1;, d&sub2;&min; = d&sub1;&min;, n&sub2;&min; = n&sub1;&min;, ∅&sub3; = ∅&sub1;,

∅&sub4; = ∅&sub0;, β&sub2; = 1/β&sub1;, S&sub3; = -S&sub2;&min;, S&sub4;&min; = -S&sub1;, Fe&min; = Fe.

Dadurch wird das optische Projektionssystem einfach.

Ferner wurde gefunden, daß die erste und die zweite Stablinse in der Größenordnung von ±10% gegenüber den vorstehend angeführten Bedingungen (7) bis (11) und (18) bis (22) abweichen können. Das bedeutet:





wobei K&sub1; = 0,9 und K&sub2; = 1,1 ist.

Unter Beachtung dieser Bedingungen sind in Tabelle I die Daten von sechs Ausführungsformen dargestellt. Die Einheit ist mm.

Nunmehr wird anhand der Fig. 6 bis 8 das lichtabsorbierende Element ausführlicher beschrieben. Das lichtabsorbierende Element ist an einem Teil des Außendurchmessers der Stablinsen vorgesehen und dient als eine Blende, die in Richtung der optischen Achse verläuft; die Lichtintensitätsverteilung in der Bildebene wird durch diese Blendenwirkung beeinflußt. Ferner ist es notwendig, daß das Licht, das auf die Stablinse von einem anderen Bereich als dem Bereich innerhalb des Durchmessers ∅&sub0; auftrifft, nicht als Streulicht zu der Projektionsebene durchgelassen wird.

Eine Ausführungsform des lichtabsorbierenden Elements eines Systems mit einem Linsentubus als Stablinsen-Halteteil wird nunmehr anhand von Fig. 6A, 6B, 7A und 7B beschrieben. Ein Schwärzen der Außenflächen der Stablinsen mit Tusche als Ersatzstoff für das lichtabsorbierende Element ist nicht zweckmäßig, da die Tusche abgeschabt wird, wenn die Stablinsen in den Linsentubus eingebracht werden. Deswegen ist eine Antireflexionsmaßnahme erwünscht, die in einem großen Bereich in Richtung der optischen Achse beständig ist.

In Fig. 6A ist ein lichtabsorbierendes Element 102, das im wesentlichen denselben Brechungsindex wie die Stablinse aufweist, zwischen die Außenfläche der Stablinsen 90 und 91 sowie die Innenfläche des Linsentubus 101 eingesetzt, und ein lichtabsorbierendes Element 103, das in der Wirkung mit dem lichtabsorbierenden Element 102 identisch ist, wird zwischen die Stablinsen 90 und 91 eingeschoben. Wenn der Innendurchmesser des lichtabsorbierenden Elements 103 gleich dem des lichtabsorbierenden Elements 102 ist, können die beiden lichtabsorbierenden Elemente 102 und 103 eine Einheit bilden und fest miteinander verbunden sein. Vorzugsweise sollte jedoch das lichtabsorbierende Element 103 einen Brechungsindex haben, der dem von Luft angenähert ist, um eine innere Reflexion zu verhindern. Wenn das lichtabsorbierende Element 103 keine Brechung bewirken würde, würde die innere Reflexion null sein. Im Hinblick auf die Materialien der Stablinsen 90 und 91 sowie des lichtabsorbierenden Elements 102 können die Stablinsen 90 und 91 beispielsweise aus transparentem, lichtdurchlässigem Kunststoff hergestellt werden, und das lichtabsorbierende Element 102 kann aus einem schwarzen Kunststoff gebildet sein. Licht wird dann in dem schwarzen Kunststoff gedämpft und absorbiert.

In Fig. 6B ist ein System dargestellt, bei welchem der Linsentubus zugleich als ein integrales lichtabsorbierendes Element wirkt. Das heißt, die aus transparentem Kunststoff geformten Stablinsen 90 und 91 sind in einen Tubus 101a aus schwarzem Kunststoff eingesetzt, wodurch die innere Reflexion an der Außenfläche der Stablinsen und der Innenfläche des Tubus im wesentlichen null ist.

Anhand von Fig. 7A und 7B wird nunmehr die Wirkungsweise der lichtabsorbierenden Elemente beschrieben. In Fig. 7A erreicht ein Lichtstrahl 104, der auf die erste Oberfläche der Stablinse 90 von einem anderen Bereich als dem innerhalb des Durchmessers ∅&sub0; auftrifft, die Grenzfläche zwischen der Stablinse 90 und dem lichtabsorbierenden Element 102. Da der Brechungsindex der Stablinse 90 im wesentlichen gleich dem des lichtabsorbierenden Elements ist, ist das von der Grenzfläche reflektierte Licht 105 sehr gering, und das Licht fällt durch die Grenzfläche hindurch auf das lichtabsorbierende Element 102.

Das lichtabsorbierende Element 102 besteht aus einem Material, welches das einfallende Licht infolge von Lichtabsorption und -diffusion schwächt, so daß das Licht 106, welches durch das lichtabsorbierende Element 102 hindurchgeht und von der Grenzfläche zwischen dem Element 102 und dem Linsentubus 101 reflektiert wird und wieder auf die Stablinse 90 fällt, oder das Licht 107, das auf den Linsentubus 101 auftrifft, gegen null geht. Das lichtabsorbierende Element selbst hat die Wirkung, äußeres Streulicht abzufangen, und der Linsentubus sollte vorzugsweise schwarz sein, damit auch er dazu dienen kann, äußeres Streulicht zu unterbinden.

Ferner ist es wichtig, daß der Lichtstrahl 108, der durch die zweite Oberfläche der Stablinse 90 hindurchgeht und dann auf das lichtabsorbierende Element 103 auftrifft, keine Lichtstrahlen 109 bis 111 bewirkt (s. Fig. 7B). Insbesondere ist eine Beseitigung des Lichtstrahls 109 wichtig. Der Brechungsindex des lichtabsorbierenden Elements 103 sollte daher in angemessener Weise dem von Luft angenähert sein; jedoch ergeben sich in Wirklichkeit keine Schwierigkeiten, selbst wenn das lichtabsorbierende Element 103 aus demselben Material wie das lichtabsorbierende Element 102 gebildet ist.

Der Innendurchmesser des lichtabsorbierenden Elements 103 kann gleich dem oder größer sein als der Außendurchmesser der Stablinse, sofern es nur praktisch vollständig das Licht absorbiert, das den Linsentubus über die Außenfläche der Stablinsen hinaus erreicht. Das Material der Stablinsen kann ein Kunstharz sein, wie beispielsweise Akrylharz oder Styrol, oder Glas u. ä., und das Material des lichtabsorbierenden Elements kann gefärbter Kunststoff sein. Vorzugsweise kann ein eine statische Aufladung verhinderndes Mittel mit diesen Materialien gemischt oder auf sie aufgebracht werden, um ein Haften von Staub u. ä. zu verhindern. Der optisch wirksame Durchmesser der Stablinsen ist, wie ausgeführt, gleich dem Stablinsenaußendurchmesser. Wenn sich aber der wirksame Durchmesser ∅&sub1; von dem Linsenaußendurchmesser unterscheidet, ist dies nicht nachteilig, wenn sie im wesentlichen gleich sind. Wie in Fig. 8 dargestellt, kann derjenige Bereich 112 der ersten und zweiten Oberflächen der Stablinsen, der außerhalb des durch den Durchmesser ∅&sub1; definierten Bereichs liegt, eine rauhe Oberfläche oder lichtabsorbierende Oberfläche aufweisen und demzufolge ohne Linsenwirkung sein. Lichtstrahlen, die über den wirksamen Durchmesser hinausgehen, werden durch die lichtabsorbierenden Elemente absorbiert und geschwächt.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsform eines Kopiergeräts dargestellt, bei welchem das beschriebene Rasterobjektiv angewendet ist. Eine Trommel 160 wird mit einer konstanten Drehzahl in Pfeilrichtung von einem nicht dargestellten Motor angetrieben. Die Trommel 160 weist an ihrem Umfang eine fotoempfindliche Auflage 116 aus einer elektrisch leitenden Trägerschicht, einer fotoleitenden Schicht und einer transparenten, lichtdurchlässigen Isolierschicht auf. Diese fotoempfindliche Auflage 161 wird zuerst mittels einer Koronaentladeeinrichtung 162 gleichförmig geladen. Die Polarität einer derartigen Ladung ist positiv, wenn der Fotoleiter ein N-Halbleiter ist, und ist negativ, wenn der Fotoleiter ein P-Halbleiter ist. Die fotoempfindliche Auflage 161 wird bildmäßig mit einer Vorlage 164 belichtet, die auf einem transparenten Wagen 163 angeordnet ist, welcher in Pfeilrichtung mit der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 160, multipliziert mit dem Kehrwert der Abbildungsvergrößerung, bewegt wird, d. h. im Fall einer Abbildung eines Bildes mit einer Vergrößerung von eins-zu-eins mit einer Geschwindigkeit, die gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel ist. Dieses Bild wird dann auf der fotoempfindlichen Auflage 161 mittels eines Rasterobjektivs 165 aufgebracht. Die Fläche der Vorlage 164, welche dem Rasterobjektiv 165 gegenüberliegt, nämlich die Fläche der Vorlage, welche auf der fotoempfindlichen Auflage 161abzubilden ist, wird mit einem Beleuchtungssystem 160 aus einer Lampe und einem Reflektor beleuchtet. Wenn die zur Beleuchtung verwendete Lichtmenge entsprechend eingestellt ist, kann auch die Belichtung auf der fotoempfindlichen Auflage 161 entsprechend eingestellt werden.

Gleichzeitig mit der Belichtung mittels des Rasterobjektivs 165 wird die fotoempfindliche Auflage 161 mittels einer Koronaentladeeinrichtung 167 entladen, deren Polarität der der Wechselstrom-Koronaentladeeinrichtung 162 entgegengesetzt ist, wodurch ein dem Bild der Vorlage 164 entsprechendes Ladungsmuster auf der fotoempfindlichen Auflage 161 geschaffen ist. Ferner wird die ganze Oberfläche der fotoempfindlichen Auflage 161 gleichförmig mit Licht von einer Lampe 168 belichtet, um dadurch ein elektrostatisches, latentes Bild mit gutem Kontrast zu schaffen. Dieses latente Bild wird mittels einer Kaskaden-Entwicklungseinrichtung 169 oder einer Entwicklungseinrichtung mit einer magnetischen Bürste in ein Tonerbild entwickelt. Anschließend wird dieses Tonerbild auf ein Kopierblatt 172 übertragen, das von einer nicht dargestellten Zuführeinrichtung aus zugeführt wird, und wird mit einer Geschwindigkeit, welche gleich der der fotoempfindlichen Auflage 161 ist, mittels Rollen 170 und 171 weiter befördert, wobei es mit der fotoempfindlichen Auflage 161 in Anlage gebracht wird. Um den Übertragungswirkungsgrad zu erhöhen, wird eine Ladung, deren Polarität der des bei dem entwickelten Bild verwendeten Toners entgegengesetzt ist, in der Übertragungs- oder Transferstation auf die Rückseite des Kopierpapiers 172 aufgebracht, und zwar mittels einer Koronaentladeeinrichtung 173. Das auf das Kopierpapier 172 übertragene Tonerbild wird mittels einer entsprechenden Fixiereinrichtung beispielsweise einer Wärme-Fixiereinrichtung fixiert, in dem es mit Hilfe von zwei Rollen 174 und 175 gegen das Kopierpapier gedrückt wird; das Kopierpapier wird dann in eine nicht dargestellte Ablage ausgetragen.

Nach der Beendigung der Bildübertragung wird die Oberfläche der fotoempfindlichen Auflage durch eine federnd anliegende Schneide 176 gereinigt, um irgendwelchen Resttoner von der Oberfläche zu entfernen, so daß dann die Einrichtung für einen weiteren Abbildungsvorgang bereit ist. Die Entladeeinrichtung 167 ist vorgesehen, um die Oberfläche der fotoempfindlichen Auflage 161 gleichzeitig mit dem Aufbringen des Lichtbildes zu entladen; sie kann aber andererseits auch zwischen der Ladeeinrichtung 162 und dem Abbildungssystem angeordnet sein, um die Oberfläche der fotoempfindlichen Auflage 161 vor dem Aufbringen des Lichtbildes zu entladen. In diesem Fall erübrigt sich die Lampe 168. Die fotoempfindliche Auflage 161 braucht auch keine isolierende Schicht aufzuweisen. In diesem Fall sind dann die Entladeeinrichtung 167 und die Lampe 168 nicht erforderlich.


Anspruch[de]
  1. 1. Rasterobjektiv zur Projektion eines Bildes einer Objektebene auf eine Projektionsebene, mit einer Vielzahl von Projektionssystemen, die zwischen der Objektebene und der Projektionsebene angeordnet sind und jeweils eine erste Stablinse sowie eine, koaxial zur ersten Stablinse angeordnete zweite Stablinse umfassen, wobei mittels jedes Projektionssystems ein Teilbild der Objektebene unter Erzeugung eines Zwischenbildes in einer zwischen der ersten und der zweiten Stablinse angeordneten Zwischenbildebene auf der Projektionsebene abbildbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinsen (50, 51; 90, 91) jedes Projektionssystems in einem Linsentubus (101, 101a) gelagert sind, der entlang der optischen Achse angeordnet ist und aufgrund eines lichtabsorbierenden Elementes (52; 102, 103) als Blende für die Zwischenbildebene dient, daß die Teilbilder der einzelnen Projektionssysteme in der Projektionsebene zumindest in ihren Randbereichen überlagert sind und daß die Konstruktionsdaten und der effektive Durchmesser der ersten Stablinse (50; 90) folgenden Bedingungen genügen:



    wobei r&sub1; bzw. r&sub2; der Krümmungsradius der objektseitigen bzw. der bildseitigen Oberfläche der ersten Stablinse, d&sub1;&min; die Dicke der ersten Stablinse entlang der optischen Achse, ∅&sub1; der optisch wirksame Durchmesser der ersten Stablinse, ∅&sub0; der Durchmesser des Objektes, n&sub1;&min; der Brechungsindex für eine vorbestimmte Wellenlänge, β&sub1; der Abbildungsmaßstab, S&sub1; der Abstand von der objektseitigen Oberfläche zu der Objektebene entlang der optischen Achse und Fe die objektseitige wirksame Blendenzahl ist, und daß die Konstruktionsdaten und der effektive Durchmesser der zweiten Stablinse (51; 91) folgenden Bedingungen genügen:



    wobei r&sub3; bzw. r&sub4; der Krümmungsradius der objektseitigen bzw. bildseitigen Oberfläche der zweiten Stablinse, d&sub2;&min; die Dicke der zweiten Stablinse entlang der optischen Achse, ∅&sub3; der optisch wirksame Durchmesser der zweiten Stablinse, ∅&sub4; der Durchmesser des projizierten Bildes, n&sub2;&min; der Brechungsindex für eine vorbestimmte Wellenlänge, β&sub2; der Abbildungsmaßstab, S&sub4;&min; der Abstand von der bildseitigen Oberfläche zu der Projektionsebene entlang der optischen Achse und Fe&min; die bildseitige wirksame Blendenzahl ist.
  2. 2. Rasterobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinsen (50, 51; 90, 91) den folgenden Gleichungen genügen:



  3. 3. Rasterobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anordnungszwischenraum a der Projektionssysteme der folgenden Gleichung genügen:

    M&sub1; × ∅&sub1; < a < M&sub2; × ∅&sub1;

    wobei M&sub1; = 1,18 und M&sub2; = 1,36 sind.
  4. 4. Rasterobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionssysteme in zumindest zwei zueinander parallelen Reihen angeordnet sind und die Projektionssysteme der einen Reihe relativ zu den Projektionssystemen der anderen Reihe um jeweils den halben Anordnungszwischenraum a versetzt sind.






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