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Linsensystem für einen Kopierer. - Dokument DE3879976T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3879976T2 12.08.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0276865
Titel Linsensystem für einen Kopierer.
Anmelder Ricoh Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nishina, Kiichiro, Sanno, Ohta-ku, Tokyo, JP
Vertreter Schwabe, H., Dipl.-Ing.; Sandmair, K., Dipl.-Chem. Dr.jur. Dr.rer.nat.; Marx, L., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Aktenzeichen 3879976
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.01.1988
EP-Aktenzeichen 881012652
EP-Offenlegungsdatum 03.08.1988
EP date of grant 07.04.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.08.1993
IPC-Hauptklasse G02B 13/24
IPC-Nebenklasse G02B 9/62   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Bereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein ein Vielfachlinsensystem und speziell ein Linsensystem, welches für die Verwendung in einem Kopierer geeignet ist. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung ein Vollfarben-Kopierer-Linsensystem mit einer ausgezeichneten Korrektur hinsichtlich der Farbaberration.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Vor kurzem hat ein Bedarf an Kopierern rapide zugenommen. Insbesondere hat über die letzten paar Jahre hinweg ein Bedarf an Vollfarbenkopierern zugenommen. Aus diesem Grund entstand eine Forderung hinsichtlich eines neuen Linsensystems, welches für die Verwendung in einem Vollfarbenkopierer geeignet ist. Was das Linsensystem betrifft, so besteht einer der wesentlichsten Unterschiede zwischen einem Linsensystem eines Vollfarbenkopierers und einem Linsensystem eines monochromatischen Kopierers darin, daß bei einem Vollfarbenkopierer weißes Licht zerlegt wird, beispielsweise in drei Farbkomponenten, wie R, G und B und daß diese Farbkomponenten-Bilder auf eine Bildebene fokussiert werden müssen, wie beispielsweise die Fläche eines photoempfindlichen Teiles, und zwar auf einer Eins-zu- Eins-Grundlage. Aus diesem Grund wird es im Falle eines Vollfarben-Linsensystems gefordert, die longitudinale chromatische Aberration minimal zu gestalten, und zwar so weit wie möglich, verglichen mit einem monochromatischen Linsensystem. Bei einem typischen bekannten monochromatischen Linsensystem für die Verwendung in einem Kopierer mit einer Einheitsvergrößerungsanordnung ergibt sich eine longitudinale Farbaberration in der Größenordnung von 0,01 f (wobei hier f die kombinierte Brennweite eines Linsensystems ist). Wenn ein solches Linsensystem in einem Vollfarbenkopierer verwendet wird, unterscheidet sich die Lage einer Bildentstehungsebene hinsichtlich der Farbkomponenten von R, G und B um ein Ausmaß, welches der longitudinalen Farbaberration entspricht, so daß sich dabei ein Vergrößerungsfehler und eine Verschlechtung der Bildherstellungsqualität ergibt.

In der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 49-42335 ist ein Linsensystem offenbart, welches eine 6-Gruppen-8-Element-Konstruktion aufweist. Jedoch besitzt das Linsensystem dieser Veröffentlichung die longitudinale Farbaberration für c- und g-Linien von 0,01 f oder mehr und die F-Zahl von 10, was sehr dunkel ist. Darüber hinaus sind weitere Nachteile vorhanden, wie beispielsweise ein großer Komafehler oder Öffnungswinkel, eine übermäßig große Gesamtaberration und geringer Kontrast.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile, welche dem Stand der Technik anhaften, zu beseitigen und ein verbessertes Linsensystem für die Verwendung in einem Vollfarbenkopiergerät vorzusehen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Linsensystem vorzusehen, dessen longitudinale Farbaberration soweit wie möglich minimiert ist, und zwar über einen weiten Bereich von der g- zur c- Linie.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Linsensystem vorzusehen, welches eine 6-Gruppen- und 8-Elemente(6-Gruppe-Acht-Element) -Konstruktion hat.

Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Linsensystem vorzusehen, welches für die Verwendung in einem Kopierer geeignet ist, eine kleinste Aberration hat und die Möglichkeit bietet, ein sehr kontrastreiches Bild zu erhalten.

Weitere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen.

HAUPTBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, welche die Gesamtkonstruktion eines Linsensystems zeigt, das gemäß einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;

Fig. 2a bis 2d sind graphische Darstellungen, welche die Aberrationseigenschaften des einen Ausführungsbeispiels des vorliegenden Linsensystems zeigen;

Fig. 3 bis 5 sind graphische Darstellungen, welche die MTF-Kurven jeweils für R, G und B zeigen, und zwar für die Ausführungsform, die in den Fig. 2a bis 2d gezeigt ist;

Fig. 6a bis 6d sind graphische Darstellungen, welche die Aberrationseigenschaften einer anderen Ausführungsform des vorliegenden Linsensystems zeigen;

Fig. 7 bis 9 sind graphische Darstellungen, welche die MTF-Kurven jeweils für R, G und B zeigen, und zwar für die Ausführungsform, die in den Fig. 6a bis 6d gezeigt ist;

Fig. 10a bis 10d sind graphische Darstellungen, welche die Aberrationseigenschaften einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Linsensystems zeigen;

Fig. 11 bis 13 sind graphische Darstellungen, welche die MTF-Kurven jeweils für R, G und B zeigen, und zwar für de Ausführungsform, die in den Fig. 10a bis 10d gezeigt ist; und

Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Wichtung für ein Zerlegen in die drei Farben von R, G und B zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß dem Prinzip nach der vorliegenden Erfindung wird ein Linsensystem vorgesehen, das acht Elementanordnungen in sechs Gruppen enthält, und aufweist: In der Reihenfolge ausgehend von einer Gegenstandsseite, eine erste Gruppe mit einer ersten Linse, die eine doppelt konvexe Linse ist; eine zweite Gruppe enthaltend eine zweite Linse, die eine doppelt konkave Linse ist, eine dritte Gruppe enthaltend eine dritte Linse, die eine konkave Meniskuslinse ist, die mit ihrer konvexen Fläche zur Gegenstandsseite hin gerichtet angeordnet ist und eine vierte Linse, die eine konvexe Meniskuslinse ist, welche an die dritte Linse gekittet ist und so angeordnet ist, daß ihre konvexe Fläche zu der Gegenstandsseite hin gerichtet ist; eine Blende; eine vierte Gruppe mit einer fünften Linse, die eine konvexe Meniskuslinse ist, die identisch ist mit der vierten Linse und mit ihrer konkaven Fläche zur Gegenstandsseite hin gerichtet angeordnet ist, und mit einer sechsten Linse, die eine konkave Meniskuslinse ist, die identisch mit der dritten Linse ist und an die fünfte Linse gekittet ist, wobei deren konkave Fläche zur Gegenstandsseite hin gerichtet ist; eine fünfte Gruppe, bestehend aus einer siebten Linse, die eine doppelt konkave Linse ist und die identisch mit der zweiten Linse ist; und eine sechste Gruppe mit einer achten Linse, die eine doppelt konkave Linse ist, welche identisch mit der ersten Linse ist.

Das vorliegende Linsensystem, welches die Grundkonstruktion aufweist, wie sie zuvor beschrieben wurde, besitzt einen vollständig symmetrischen Aufbau mit der Blende in der Mitte und wobei die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

0.05 < f3.4/f1.2 < 0.27 (1)

10 < ν&sub4; - ν&sub3; < 30 (2)

n&sub1; > 1.67 (3)

worin bedeuten:

f1.2: Brennweite der kombinierten ersten (sechsten) und zweiten (fünften) Gruppen.

f3.4: Brennweite der dritten (vierten) Gruppe.

ν3 : Die Abbe'sche Zahl der dritten (sechsten) Linse.

ν4 : Die Abbe'sche Zahl der vierten (fünften) Linse.

n&sub1; : Brechungsindex der ersten (achten) Linse.

Bei den oben beschriebenen Bedingungen dient die Bedingung (1) dazu, das Verhältnis zwischen der kombinierten Brennweite der ersten (sechsten) und zweiten (fünften) Gruppe und der kombinierten Brennweite der dritten (vierten) Gruppe zu definieren und es definiert somit die grundlegende Brechkraftanordnung bzw. Leistung dieses Linsensystems. Wenn dieser obere Grenzwert überschritten wird, wird die Petzval-Summe übermäßig klein, so daß die Bildebene zu sehr in positiver Richtung verschoben wird, während die Krümmung der Sagittalkurve der astigmatischen Aberration zu groß wird. Wenn dagegen der untere Grenzwert überschritten wird, wird die petzval-Summe zu groß, so daß die Bildebene zu sehr in negativer Richtung verschoben wird, wodurch die astigmatische Differenz zu groß wird, dadurch der Komafehler bzw. Öffnungswinkel erhöht wird und die bildformende Eigenschaft bzw. Charakteristik merklich verschlechtert wird. Die Bedingung (2) dient dazu, die Farbaberration zu korrigieren. Wenn der obere Grenzwert dieser Bedingung (2) überschritten wird, wird die kurz wellige Seite (z.B. g-Linie) zu groß in einem positiven Sinn; andererseits, wenn der untere Grenzwert überschritten wird, wird die kurzwellige Seite (z.B. g-Linie) zu groß in negativem Sinn. Die Bedingung (3) dient dazu, den Brechungsindex der ersten (achten) Linse zu bestimmen. Außerhalb dieses Bereiches wird die Petzval-Summe zu groß und es wird insbesondere der Komafehler bzw. Öffnungswinkel zu groß, was zu einer Verschlechterung im Kontrast führen kann.

Es sollen nun im folgenden ein paar Beispiele eines Linsensystems für einen Kopierer beschrieben werden, welches nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung konstruiert ist für den Fall, wenn weißes Licht in Farbkomponenten R, G und B zerlegt werden soll, und zwar unter Verwendung von jeweiligen Wichtungen, die in Fig. 14 gezeigt sind. Es wird die folgende Nomenklatur angewandt.

r&sub1;, .., r&sub1;&sub5;: Krümmungsradius jeder Fläche in der Aufeinanderfolge von der Gegenstandsseite her.

d&sub1;,..., d&sub1;&sub4;: Flächenabstand von jeder Fläche in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite her.

n&sub1;,..., n&sub8;: Brechungsindex jeder Linse in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite her.

ν&sub1;,..., ν&sub8;: Abbe'sche Zahl jeder Linse in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite her.

f1.2: Kombinierte Brennweite der ersten (sechsten) und zweiten (fünften) Gruppen.

f3.4: Kombinierte Brennweite der dritten (vierten) Gruppe.

f: Kombinierte Brennweite des gesamten Linsensystems.

F/No: F-Zahl.

ω: Halber Bildfeldwinkel.

Y: Gegenstandshöhe.

m: Vergrößerung.

Es sei darauf hingewiesen, daß die graphischen Darstellungen der astigmatischen Aberration und der MTF-Kurven die ausgezogenen Linien sagittale Lichtstrahlen und die punktierten Linien meridionale Lichtstrahlen angeben.

Beispiel 1

f = 99.988 f1.2 = -1106.702 f3.4 = 118.605

F/No. = 4.5 ω = 19.3º Y = 70 mm m = 1.0

r&sub1; = 32.351 d&sub1; = 6.486 n&sub1; = 1.74330 ν&sub1; = 49.2

r&sub2; = -141.159 d&sub2; = 1.070

r&sub3; = -97.925 d&sub3; = 2.178 n&sub2; = 1.61340 ν&sub2; = 44.3

r&sub4; = 22.645 d&sub4; = 1.532

r&sub5; = 27.352 d&sub5; = 1.395 n&sub3; = 1.51009 ν&sub3; = 63.4

r&sub6; = 17.843 c&sub6; = 4.214 n&sub4; = 1.49700 ν&sub4; = 81.6

r&sub7; = 48.791 d&sub7; = 0.835

r&sub8; = ∞ (stop) d&sub8; = 0.835

r&sub9; = -48.791 d&sub9; = 4.214 n&sub5; = 1.49700 ν&sub5; = 81.6

r&sub1;&sub0;= -17.843 d&sub1;&sub0;= 1.395 n&sub6; = 1.51009 ν&sub6; = 63.4

r&sub1;&sub1;= -27.352 d&sub1;&sub1;= 1.532

r&sub1;&sub2; = -22.645 c&sub1;&sub2;= 2.178 n&sub7; = 1.61340 ν&sub7; = 44.3

r&sub1;&sub3;- 97.925 d&sub1;&sub3;= 1.070

r&sub1;&sub4; = 141.159 d&sub1;&sub4; = 6.486 n&sub8; = 1.74330 ν&sub8; = 49.2

r&sub1;&sub5;= -32.351

Unter diesen Umständen ist der Wert für jede der zuvor erwähnten Bedingungen wie folgt:

(1) f3.4/f1.2 = 0.107

(2) ν&sub4; - ν&sub3; = 18.2

(3) n&sub1; = 1.74330

Für dieses Beispiel 1 sind die Aberrationseigenschaften in den Fig. 2a bis 2d gezeigt und die MTF-Eigenschaften oder Kennlinien für R, G und B sind in den Fig. 3 bis 5 jeweils gezeigt.

Beispiel 2

f = 100.003 f1.2 = -961.056 f3.4 = 112.476

F/No. = 4.5 ω = 19.3º Y = 70 mm m = 1.0

r&sub1; = 32.890 d&sub1; = 6.963 n&sub1; = 1.77250 ν&sub1; = 49.6

r&sub2; = -156.615 d&sub2; = 0.047

r&sub3; = -147.066 d&sub3; = 4.570 n&sub2; = 1.61340 ν&sub2; = 44.3

r&sub4; = 20.376 d&sub4; = 1.233

r&sub5; = 23.215 d&sub5; = 1.398 n&sub3; = 1.58900 ν&sub3; = 48.5

r&sub6; = 18.833 d&sub6; = 2.953 n&sub4; = 1.48749 ν&sub4; = 70.4

r&sub7; = 40.777 d&sub7; = 0.985

r&sub8; = ∞(stop) d&sub8; = 0.985

r&sub9; = -40.777 d&sub9; = 2.953 n&sub5; = 1.48749 ν&sub5; = 70.4

r&sub1;&sub0;= -18.833 d&sub1;&sub0;= 1.398 n&sub6; = 1.58900 ν&sub6; = 48.5

r&sub1;&sub1;= -23.215 d&sub1;&sub1;= 1.233

r&sub1;&sub2;= -20.376 d&sub1;&sub2;= 4.570 n&sub7; = 1.61340 ν&sub7; = 44.3

r&sub1;&sub3;- 147.066 d&sub1;&sub3;= 0.047

r&sub1;&sub4;= 156.615 d&sub1;&sub4;= 6.963 n&sub8; = 1.77250 ν&sub8; = 49.6

r&sub1;&sub5;= -32.890

(1) f3.4/f1.2 = 0.117

(2) ν&sub4; - ν&sub3; = 21.9

(3) n&sub1; = 1.77250

Für dieses Beispiel 2 sind die Aberrationseigenschaften oder Kennlinien in den Fig. 6a bis 6d gezeigt und die MTF- Eigenschaften oder Kennlinien für R, G und B sind jeweils in den Fig. 7 bis 9 gezeigt.

Beispiel 3

f = 99.989 f1.2 = -588.491 f3.4 = 103.500

F/No. = 4.5 ω = 19.3º Y = 70 = mm m = 1.0

r&sub1; = 31.831 d&sub1; = 6.973 n&sub1; = 1.74330 ν&sub1; = 49.2

r&sub2; = -164.168 d&sub2; = 0.047

r&sub3; = -158.572 d&sub3; = 4.571 n&sub2; = 1.61340 ν&sub2; = 44.3

r&sub4; = 20.024 d&sub4; = 1.236

r&sub5; = 23.571 d&sub5; = 1.399 n&sub3; = 1.51009 ν&sub3; = 63.4

r&sub6; = 17.825 d&sub6; = 2.915 n&sub4; = 1.49700 ν&sub4; = 81.6

r&sub7; = 41.459 d&sub7; = 0.979

r&sub8; = ∞(stop) d&sub8; = 0.979

r&sub9; = -41.459 d&sub9; = 2.915 n&sub5; = 1.49700 ν&sub5; = 81.6

r&sub1;&sub0; = -17.825 d&sub1;&sub0;= 1.399 n&sub6; = 1.51009 ν&sub6; = 63.4

r&sub1;&sub1; = -23.571 d&sub1;&sub1;= 1.236

r&sub1;&sub2;= -20.024 d&sub1;&sub2;= 4.571 n&sub7; = 1.61340 ν&sub7; = 44.3

r&sub1;&sub3;- 158.572 d&sub1;&sub3;= 0.047

r&sub1;&sub4;= 164.168 d&sub1;&sub4;= 6.973 n&sub8; = 1.74330 ν &sub8; = 49.2

r&sub1;&sub5; = &submin;31.831

(1) f3.4/f1.2 = 0.18

(2) ν&sub4; - ν3 = 18.2

(3) n&sub1; = 1.74330

Für dieses Beispiel 3 sind die Aberrationseigenschaften oder Kennlinien in den Fig. 10a bis 10d gezeigt und die MTF-Eigenschaften oder Kennlinien für R, G und B sind jeweils in den Fig. 11 bis 13 gezeigt.

Wie aus den zuvor beschriebenen Beispielen hervorgeht, besitzt ein Linsensystem für einen Kopierer nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung eine minimale longitudinale Farbaberration, die ein großes Problem speziell für einen Vollfarbenkopierer darstellen kann, und zwar über einen weiten Bereich von der g-Linie zur c-Linie. Zusätzlich besitzt das vorliegende Linsensystem die F-Zahl von 4,5, was hell ist. Obwohl darüber hinaus der Vignettierungsfaktor gleich 100% ist, ist die Krümmung einer Bildebene klein, was einfach verstanden werden kann, wenn man auf die graphischen Darstellungen Bezug nimmt, welche die Aberrationseigenschaften veranschaulichen. Darüber hinaus sind auch die longitudinalen und die lateralen Kennlinien oder Eigenschaften gut abgeglichen. Auch ist der Komafehler oder -streuwinkel extrem klein. Wie sich aus den MTF- Eigenschaftskurven ergibt, können bei dem vorliegenden Linsensystem, wenn es in einem Vollfarbenkopierer verwendet wird, alle R, G und B Farbkomponentenbilder auf der gleichen Ebene erhalten werden, und zwar ohne Fehler hinsichtlich der Vergrößerung und mit hohem Kontrast. Als Ergebnis scheinen Probleme nicht auf, wie beispielsweise Farb-Unstimmigkeit und ein Farbverwischen. Die Qualität eines resultierenden Bildes ist extrem hoch. Darüber hinaus läßt sich eine Vollfarbenreproduktionsoperation realisieren mit Hilfe einer einfachen Konstruktion, vergleichbar mit derjenigen eines monochromatischen Kopierers. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die Farbtrennung ausgeführt werden kann mit irgendeiner gewünschten Verteilung oder Aufteilung der Wichtung anders als den in Fig. 14 gezeigten und daß das vorliegende Linsensystem auch verwendet werden kann für monochromatische Kopierer, Drucker, Faksimilegeräte oder ähnliches.

Obwohl oben eine vollständige umfassende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben wurde, sind eine Reihe von Modifikationen, Konstruktionsabänderungen und äquivalente Ausführungen durchführbar und verwendbar, ohne dabei jedoch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Daher soll die obige Beschreibung und Darstellung nicht als Einschränkung des Rahmens der Erfindung betrachtet werden, die durch die beigefügten Ansprüche definiert bzw. gekennzeichnet ist.


Anspruch[de]

1. Linsensystem mit acht Linsenelementen, die in sechs Gruppen angeordnet sind, bestehend aus - in der erwähnten Reihenfolge von der Gegenstandsseite aus:

einer ersten Gruppe mit einer ersten Linse, die eine doppelt konvexe Linse ist;

einer zweiten Gruppe, mit einer zweiten Linse, die eine doppelt konkave Linse ist;

einer dritten Gruppe, mit einer dritten Linse, die eine konave Meniskuslinse ist, die mit ihrer konvexen Fläche zur Gegenstandsseite hinweisend angeordnet ist und mit einer vierten Linse, die eine konvexe Meniskuslinse ist und an die dritte Linse angekittet ist und mit ihrer konvexen Fläche zur Gegenstandsseite hinweisend angeordnet ist;

einer Blende;

einer vierten Gruppe, mit einer fünften Linse, die eine konvexe Meniskuslinse ist und identisch mit der vierten Linse ist und mit ihrer konkaven Fläche zur Gegenstandsseite hinweisend angeordnet ist, und einer sechsten Linse, die eine konkave Meniskuslinse ist und identisch ist mit der dritten Linse und die an die fünfte Linse angekittet ist, wobei ihre konkave Fläche zur Gegenstandsseite hinweist;

einer fünften Gruppe mit einer siebten Linse, die eine doppelt konkave Linse ist und identisch mit der zweiten Linse ist; und

mit einer sechsten Gruppe, mit einer achten Linse, die eine doppelt konvexe Linse ist und identisch mit der ersten Linse ist, wobei die folgenden Bedingungen

0.05 < f3.4/f1.2 < 0.27;

10 < ν&sub4; - ν&sub3; < 30; und

n&sub1; > 1.67;

erfüllt werden;

worin

f1.2. Brennweite der kombinierten ersten und zweiten Gruppen;

f3.4 Brennweite der dritten Gruppe;

ν&sub3; : Die Abbe'sche Zahl der dritten Linse;

ν&sub4; : Die Abbe'sche Zahl der vierten Linse;

n&sub1; : Brechungsindex der ersten Linse

sind.

2. Linsensystem nach Anspruch 1, wobei das Linsensystem für einen Vollfarbenkopierer verwendet wird.

3. Linsensystem nach Anspruch 1, bei dem das Linsensystem eine vollständig symmetrische Struktur bzw. Konstruktion mit einer Blende in der Symmetriemitte hat.







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