DE3026170A1

DE3026170A1 - Projektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE3026170A1
Application number: DE19803026170
Authority: DE
Inventors: Yoshiya Matsui; Koyo Midorikawa; Setsuo Minami; Noritaka Mochizuki; Masazumi Moriwaki; Hidetoshi Murase; Mikio Suzuta; Atsuo Tsunoda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1981-02-26
Also published as: US4402572A; JPS5612664A; DE3026170C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsvorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Projektionsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Stablinsen aus Kunststoff, deren optische Eigenschaften nicht durch Feuchtigkeit verändert werden und deren optische Lageeinstellung leicht und genau vorgenommen werden kann.

Kunststoffe haben die Eigenschaften einer großen Wasserabsorption oder Wasserabstoßung, so daß bei aus Kunststoffen hergestellten Kunststoff-Linsen eine Schwierigkeit darin bestand, daß sich ihre optischen Eigenschaften und insbesondere die Brechungsindex-Verteilung in den Linsen durch Änderungen der Umgebungsfeuchtigkeit verändern. Insbesondere besteht bei der Brechungsindex-Verteilung in einer zu der optischen Achse der Kunststofflinsen senkrechten Ebene die Neigung, daß bei ansteigender Umgebungsfeuchtigkeit der Brechungsindex in dem Mittelbereich niedrig im Vergleich zu dem Brechungsindex in dem Randbereich wird, obgleich der Unterschied nicht beträchtlich ist, und daß bei sinkender Umgebungsfeuchtigkeit der Brechungsindex in dem Randbereich im Vergleich zu dem

vi/rs 130009/0700

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto. 3939844

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

Brechungsindex in dem Mittelbereich niedrig wird, so daß daher beim Durchgang von Lichtstrahlen durch die Linse die Lichtstrahlen, die ursprünglich geradlinig durchlaufen sollten, aufgrund des Brechungsindex-Unterschieds innerhalb der Linse gebeugt werden, was zur Folge hat, daß das Bild nicht auf eine vorbestimmte Abbildungsstelle projiziert wird.

Die Kunststofflinse ist eine Linse, die gemäß der Darstellung in der US-Patentanmeldung Serien-Nr. 889 404 im Vergleich zu dem wirksamen Linsendurchmesser eine große Länge in Richtung der optischen Achse hat (und die nachstehend als Stablinse bezeichnet wird). Dadurch kann der Konjunktionsabstand in einem optischen ommatalen bzw. Facetten-System oder zusammengesetzten System, bei dem eine Teilfläche einer Objektfläche mittels eines Paars von Stablinsen erfaßt wird, zur Schaffung eines kompakten Kopiergeräts verringert werden. Bei einem optischen Facetten-System wird jedoch eine große Anzahl von Stablinsen verwendet, so daß es daher erwünscht ist, daß diese·' Stablinsen genau und einfach in ein Halteelement eingesetzt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsvorrichtung zu schaffen, bei der Kunststofflinsen verwendet werden, in denen die Brechungsindex-Verteilung im Inneren der Stablinsen unabhängig von der Umgebungsfeuchtigkeit gleichförmig ist, und bei der eine Vielzahl von Stablinsen leicht und genau eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zu Beginn Kunststofflinsen in Nutenteile oder Höhlungsteile eines Halteelements eingesetzt werden, die sich in Richtung der optischen Achse erstrecken und Lichtabfangeigenschaften haben, und daß das Eintrittsende und das Aus-

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] trittsende mittels durchsichtiger und feuchtigkeitsundurchlässiger Elemente wie Glasplatten oder dgl. abgedichtet werden, um damit die Kunststofflinsen gegenüber der äußeren Umgebung abzuschirmen bzw. zu schützen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

10 Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines

zusammengesetzten bzw. Facetten-Stablinsen-Systems .

Fig. 2A, B und C sind optische Darstellungen 15 eines Linsensystem-Elements.

Fig. 3A und B sind optische Darstellungen eines anderen Linsensystem-Elements.

20 Fig. 4A und B zeigen die Form einer Stablinse.

Fig. 5A zeigt einen Zwischenring in einem Linsensystem-Element.

25 Fig. 5B zeigt die Anordnung von Linsensystem-Elementen in einem Nutenblock.

Fig. 6A und B sind Ansichten, die ein Facetten-Stablinsen-System in Sicht von dem

30 Einfallende her zeigen und das Verhindern

von Streulicht veranschaulichen.

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Fig. 7A und B zeigen ein Ausführungsbeispiel

für eine Feuchtigkeitsabdichtung.

Fig. 8A und B zeigen ein weiteres Ausführungsc beispiel für eine Feuchtigkeitsab

dichtung.

Fig. 9A und B zeigen eine weitere Form der Streulicht-Unterdrückung.

Fig. 10 veranschaulicht den Verfahrensablauf bei einem System, bei dem die Projektionsvorrichtung in einem Kopiergerät angewandt ist.

Die Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines

zusammengesetzten bzw. Facetten-Stablinsen-Systems. Erste Stablinsen 1 sind bildseitig im wesentlichen telezentrisch, während zweite Stablinsen 2 objektseitig im wesentlichen telezentrisch sind. Hierbei wird als "im wesentlichen telezentrische Linse" eine Linse bezeichnet, mit der ein zur optischen Achse paralleler oder im wesentlichen paralleler Austritts- oder Eintritts-Haupt lichtstrahl erzielt wird. Die bildseitige Fläche der ersten Stablinse 1 und die objektseitige Fläche der zweiten Stablinse 2 bringen durch das telezentrische System ein Maximum an Feldlinsenwirkung hervor, da sie eine Luftlinse bilden.

Durch eine erste Stablinse 1 und eine zweite Stablinse 2 ist in Richtung der optischen Achse ein EIementar-Linsensystem bzw. ein Linsensystem-Element 3 gebildet. Durch jedes Linsensystem-Element 3 wird eine Teilfläche einer Vorlagenflache 4 aufrecht mit der Vergrößerung 1:1 auf einer entsprechenden Teilfläche einer photoempfindlichen Fläche 5 abgebildet, die eine Pro-

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jektionsebene darstellt. Bei einem Schlitzbelichtungs-Abtastungs-Kopiergerät sind die Linsensystem-Elemente längs des Schlitzes angeordnet. Wenn die Anordnung eine oder mehrere Reihen umfaßt, d. h., wenn die Anordnung eine sog. versetzte Anordnung ist, bei der jede Reihe gegenüber der nächsten Reihe um eine halbe Teilung bzw. einen halben Teilungsabstand versetzt ist, wird die Gleichförmigkeit der Belichtungsmengen-Verteilung in Zeitintegration in der Abtastrichtung in Längsrichtung

IQ des Schlitzes verbessert. Die Fig. 1 zeigt eine zweireihige versetzte Anordnung. Die Vorlagenflache 4 und die photoempfindliche Fläche 5 werden mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in Pfeilrichtung bewegt. Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 zwei Arten von Linsensystem-Elementen 3 optisch beschrieben.

Die Fig. 2A ist eine Darstellung von verschiedenen Teilen der Stablinsen. Zwischen der ersten Stablinse 1 und der zweiten Stablinse 2 wird ein umgekehrtes Zwischenbild 6 gebildet.

Verfolgt man in Fig. 2B die Lichtstrahlen, so ist ersichtlich, daß ein Abbildungs-Hauptlichtstrahl 7 zur optischen Achse parallel wird, nachdem er die zweite Fläche der ersten Stablinse 1 verlassen hat. Ein Objekt 4¹ wird schließlich als ein Bild 5¹ abgebildet. Die Lichtintensitäts-Verteilung an der Bildebene ist gemäß der Darstellung in Fig. 2C innerhalb eines vorbestimmten Bereichs φ>. gleichförmig, wonach die Lichtintensität um den Bereich />. herum allmählich abnimmt und in einem Bereich φ,~ vollständig zu Null wird. Die Querachse bzw. Abszisse θ in Fig. 2C stellt den Bildwinkel dar. Durch Anordnung derartiger Elementar-Linsensysteme bzw. Linsensystem-Elemente in vorbestimmtem Abstand kann die zeitlich integrierte Belichtungsmengen-Verteilung an der

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Bildebene gleichförmig gemacht werden. Nunmehr werden verschiedenerlei Teile der Stablinsen in Einzelheiten beschrieben.

In den Fig. 2A und B ist der Krümmungsradius der ersten Fläche der ersten Stablinse 1, nämlich der an die Objektseite angrenzende Fläche derselben mit r. bezeichnet; der Krümmungsradius der zweiten Fläche der ersten Stablinse, nämlich deren bildseitige Fläche ist mit r₂ bezeichnet (und ist in den Figuren eine negative Größe); die Mitteildicke der Linse, nämlich die Dicke der Linse zwischen der ersten und der zweiten Fläche längs der optischen Achse ist mit d₁' bezeichnet; der Hauptbrechungsindex des Materials dieser Linse, nämlich der Brechungsindex derselben für eine typische Konstruktionswellenlänge ist mit n-' bezeichnet. Ferner ist der wirksame Durchmesser dieser Linse als φ. dargestellt; die Größe des Objekts 4¹ ist als φ~ dargestellt; die Größe des mittels dieser Linse gebildeten Zwischenbilds 6 ist als 0o dargestellt; der Abstand von der ersten Fläche dieser Linse zu dem Objekt 4¹ ist 'durch S₁ ausgedrückt (und in den Figuren eine negative Größe); der Abstand von der zweiten Fläche dieser Linse zu dem Zwischenbild 6 ist als S2¹ ausgedrückt. Weiterhin ist die Quervergrößerung des Zwischenbilds in bezug auf das Objekt 4¹ als

dargestellt. Die objektseitige wirksame F-Zahl dieser Linse ist mit Fe bezeichnet.

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Die durch die Belichtungsbedingungen, nämlich durch

Fe Ξ = (1)

Φι

bestimmte wirksame F-Zahl, die Quervergrößerung ß.

des Zwischenbilds, das so gewählt ist, daß kein Bildteil unterdrückt wird, der Objektabstand S., und der Linsen-Rückabstand S^¹ bis zu dem Zwischenbild sind Größen, die vorgewählt werden können. Der Hauptbrechungsindex n-, ' des Materials wird durch die Wahl der Qualität des Materials bestimmt. Aus diesen fünf gegebenen Größen Fe, ß., , S₁, S_?' und n.. ' werden unter Anwendung einer Idealabbildungs-Theorie der Krümmungsradius r- der ersten Fläche der ersten Stablinse 1, der Krümmungsradius r₂ der zweiten Fläche der ersten Stablinse, die Mittendicke d₁' der Linse, der wirksame Durchmesser φ« der Linse und der wirksame Teildurchmesser φ ^ des Objekts bestimmt.

Zunächst ist der Zusammenhang zwischen der Vergrößerung B₁ und den Konstruktionsdaten der Linse durch die folgende Gleichung gegeben:
30

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wobei

die Brechkraft der ersten Ψ = . Fläche ist,

^r ι

die Brechkraft der zweiten

ψ₂ = ■*- " ^Πΐ- Fläche ist, und

gilt.

Als nächstes ergibt die Bedingung, daß der Hauptstrahl 7 der von dem Objekt her einfallenden Lichtstrahlen, nämlich der durch die Mitte der ersten Fläche laufende Lichtstrahl nach Verlassen der zweiten Fläche zu der optischen Achse parallel wird, den folgenden Zusammenhang aufgrund des ümstands, daß die zweite Brennweite (nämlich 1/JjZ₂) genau äquivalent zu e-' ist:

Ferner wird aus dem Umstand, daß der untere Strahl der Lichtstrahlen nach Durchlaufen der ersten Fläche längs des Rands der ersten Stablinse 1 parallel zur optischen Achse verläuft, als Bedingung dafür, daß der von dem Ende des wirksamen Objektdurchmessers jo_Q auf die erste Stablinse 1 fallende Lichtstrahl nicht abgefangen wird, der folgende Zusammenhang:

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Schließlich wird aus der Bedingung, daß in Voraus des Abstandes S₂ ¹ von der zweiten Fläche der ersten Stablinse 1 weg zu der Zwischenbild-Stelle auf einem geeigneten Wert zu halten ist, der folgende Zusammenhang notwendig:

S₂ ¹ = β ι ^x {(1-^iei ')Si-ei '}

Durch gleichzeitiges Lösen der Bedingungen gemäß den Gleichungen (1) bis (5) in bezug auf r., , r₂, d^ ' , φ^ und φ~ wird primär das folgende Ergebnis erzielt:

ι Si

Ti =

T₂ = (1-ni ')

i ' = ni '

Φι =

-Si/Fe

Φο =

ß iS

x φι

(6)

(7) (8)

(9)

(ίο)

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Nunmehr wird die zweite Stablinse 2 beschrieben. Die in Fig. 2A angegebenen Symbole werden gleichartig zu der vorstehenden Beschreibung benutzt.

In der Fig. 2A ist der Krümmungsradius der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2, nämlich der objektseitigen Fläche derselben mit r., bezeichnet; der Krümmungsradius der zweiten Fläche der zweiten Stablinse, nämlich der bildseitigen Fläche derselben ist mit r. bezeichnet (und in der Figur eine negative Größe); die Mittendicke der Linse, nämlich die Dicke der Linse zwischen ihrer ersten und zweiten Fläche längs der optischen Achse ist mit d~' bezeichnet; der Hauptbrechungsindex des Materials dieser Linse, nämlich deren Brechungsindex für eine typische Konstruktionswellenlänge ist mit n₂' bezeichnet. Weiterhin ist der wirksame Durchmesser der Linse mit φ~ bezeichnet; die Größe des projezierten Bilds auf der Projektionsebene für die zweite Stablinse 2 ist mit φ. bezeichnet; der Abstand von der ersten Fläche dieser Linse zu dem Zwischenbild 6 ist

mit S₃ bezeichnet (und in der Figur eine negative Größe); der Abstand von der zweiten Fläche der zweiten Stablinse 2 zu dem projizierten Bild ist als S₄' bezeichnet. Ferner ist die Quervergrößerung des projizierten Bilds 5' in bezug auf das Zwischenbild 6 als

bezeichnet. Die bildseitige wirksame F-Zahl dieser Linse ist als Fe¹ bezeichnet.

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Die wirksame F-Zahl, die aus der Bedingung hinsichtlich der Helligkeit des projizierten Bilds, nämlich aus

Φ 3

bestimmt ist, die Quervergrößerung 10

C|ß2|>D

des projizierten Bilds, die so gewählt ist, daß kein Bildteil abgefangen wird, der Zwischenbild-Abstand S_. und der Linsenrückabstand S^¹ bis zu der Projektionsebene sind Größen, die vorgewählt werden können. Der Hauptbrechungsindex n-¹ des Materials wird durch Wahl der Materialqualität bestimmt. Aus diesen Größen Fe¹, &2' ^3' ^S4* ^un(^ ⁿ2' ^werc^^en unter Verwendung einer Idealabbildungs-Theorie der Krümmungsradius r~ der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2, der Krümmungsradius r. der zweiten Fläche der zweiten Stablinse, die Mitten dicke d ' der Linse, der wirksame Durchmesser φ-, der Linse und der wirksame Teildurchmesser φ. des projizierten Bilds zu folgenden Bedingungen bestimmt:

Zunächst ergibt sich der Zusammenhang zwischen der Quervergrößerung ß~ und den Konstruktionsdaten dieser Linse durch die folgende Gleichung:

JL= ....(12)

82 _{{ψ3 + n} .

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wobei

. ist,

f—' die Brechkraft der zweiten Fläche ist, und

^ -n₂-

gilt.

Damit das Einfallichtstrahlenbündel·/ dessen Hauptstrahl parallel zur optischen Achse läuft, ohne Überschuß oder Mangel hinsichtlich des wirksamen Durchmessers φ~> dieser zweiten Stablinse durch diese hindurchläuft, ist es als nächstes erwünscht, daß die Austrittspupille in der zweiten Fläche dieser zweiten Stablinse liegt. Aus dem Umstand, daß die Brennweite (nämlich

1/If₃) der ersten Fläche gerade äquivalent zu e₂' ist, ergibt diese Erfordernis die folgende Beziehung:

J₇-- .,·

Aus dem Umstand, daß der untere Strahl der Lichtstrahlen nach Durchlaufen der ersten Fläche längs des

Rands der zweiten Stablinse 2 parallel zu der optischen Achse verläuft, wird als nächstes die Bedingung dafür, daß der von dem Ende des wirksamen Zwischenbild-Durchmessers so- auf die zweite Stablinse 2 fallende Lichtstrahl nicht abgefangen wird, die folgende Beziehung

erzielt:

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Aus der Bedingung, im voraus den Abstand S₃ von der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2 zu der Zwischenbildsteile auf einem geeigneten Wert zu halten, wird schließlich die folgende Beziehung notwendig:

¹⁰ S₁ . 1/_B2

Durch gleichzeitiges Auflösen der Gleichungen 15 (11) bis (15) in bezug auf r^, r^_r d₂', φ und φ ^ wird primär das folgende Ergebnis erzielt:

25 d₂' = -na' ^x Su'/3

S-'/Fe' (19)

λ - Γ SaS 2 - Su ' -ι _χ ψ

φ·* " ί τη ^J

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Damit wird bei dem Linsensystem-Element, bei dem die erste Stablinse 1 und die zweite Stablinse 2 miteinander gekoppelt sind, zuerst mittels der ersten Stablinse 1 das Zwischenbild 6 (mit dem Bilddurchmesser φ ₂) des Objekts 4¹ (mit dem Objektdurchmesser φ Λ gebildet und nachfolgend dieses Zwischenbild 6 als aufrecht stehendes Bild mit einem Projektionsbild-Durchmesser φ. auf die Bildebene 5' übertragen, ohne daß die Gleichförmigkeit der Helligkeit verlorengeht. In diesem Fall muß dem Umstand Rechnung getragen werden, daß zum uneingeschränkten Abbilden des ganzen Bilds der Objektfläche auf der Projektionsebene durch Anordnung einer Mehrzahl von Linsensystem-Elementen aus jeweils einer ersten Stablinse und einer zweiten Stablinse allgemein Linsensystem-Elemente mit der Vergrößerung 1:1, nämlich ß. χ ß_ = +1 verwendet werden müssen. Das heißt, die erste Stablinse 1 und die zweite Stablinse 2 müssen so ausgebildet werden, daß die folgende Beziehung erfüllt ist:

Unter dieser Berücksichtigung ist die Bedingung Fe¹ = Fe notwendigerweise selbstverständlich.

Somit werden bei einem Linsensystem-Elemente mit aufrechter 1:1-Vergrößerung, bei dem eine erste Stablinse 1 und eine zweite Stablinse 2 miteinander gekoppelt sind, bei Wahl der Werte ß- und Fe für geeignete Bedingungen für die erste Stablinse 1 naturgemäß die Werte ß₂ und Fe¹ der zweiten Stablinse 2 festgelegt. Es ist jedoch anzumerken, daß durch geeignete Bedingungen die Werte S₁, S₂' und n-' , die die anderen gewählten

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Werte für die erste Stablinse 1 sind, und andererseits die Werte S^, S ' und r^', ^^e ^^e gewählten Werte für die zweite Stablinse 2 sind, unabhängig voneinander bestimmt werden können.

Ein Unterschied im Aufbau zwischen der ersten

Stablinse 1 und der zweiten Stablinse 2 würde nun zur Erzeugung von zwei Arten von Stablinsen führen, was hinsichtlich der Herstellung möglichst vermieden werden sollte.

Betrachtet man es von diesem Gesichtspunkt aus, so kommt als Systemelement mit aufrechter 1:1-Vergrößerung aus einer ersten Stablinse und einer zweiten Stablinse, die miteinander gekoppelt sind, ein koaxiales optisches System in Frage, in dem die beiden Stablinsen symmetrisch in bezug auf die Zwischenbild-Ebene angeordnet sind. Falls man auf diesem Konzept baut, wird es folglich möglich, die erste Linse als zweite Linse zu verwenden. In diesem Fall werden die verschiedenen, die zweite Linse bildenden Glieder in folgenden Beziehungen zu den verschiedenen, die erste Linse bildenden Gliedern erzielt:

r₃ = -r₂, T^ = -Γι, d₂' = di¹, n₂' = Πι',

φ₃ = Φι , φ.. = Φο , S₂ = 1/8 ι , S₃ =-S₂ ' , S., ' --S₁ , Fe¹ = Fe.

Dadurch wird das optische Projektionssystem vereinfacht.

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Ferner wurde bei dem tatsächlichen Aufbau festgestellt, daß die erste Stablinse 1 und die zweite Stablinse in der Größenordnung von +_ 10 % von den vorstehend genannten Bedingungen (6) bis (10) und (16) bis (20)/ nämlich in der Größenordnung abweichen können, wie sie durch die folgenden Beziehungen dargestellt ist:

K₁ x (ru'-l) *

SiS₁ < _Γι < K₂ χ (ηι'-'

i x Cl-IU¹) ^x 3iSi i T₂ I K₂ x (1-iU¹) i χ m ' Xg₁Si < di ' <K₂ χ n_t' * SiSi

•2Fe-

r 1 γ. ^l2Fe^J

K₁ χ U-n₂')

φι 4 Φο < K2 ^x

< r₃ <K₂ χ (1-η₂')

Ki χ (ηζ'-Ι)

/3₂

> K₂- χ (η₂' -1)

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-n₂ ^! χ S.,732 * K₁ < d₂ ' < K₂ χ On₂') χ S,'/S₂

S.'/Fe¹

ζ==: ^χ Ki < φ₃ < — χ κ₂

^und

• ^2Fe¹

ire

15 wobei

K₁ =0,9 und
K₂ =1,1

20 gilt.

Mit 6' ist ein Zwischenring bezeichnet, der später beschrieben wird.

25 Der Anordnungsabstand P. des Linsensystem-Elements kann eine Gleichförmigkeit der Beleuchtungsverteilung innerhalb weniger Prozent dadurch herbeiführen, daß die folgende Bedingung erfüllt wird:

_{Kl x} Φ<μ < _Pl < K₂ ^V- CK₁ = 0.9, K₂ = l.i)

wobei φη.* das wirksame Objektblickfeld ist. 35

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Ein weiteres Elementar-Linsensystem bzw. Linsensystem -E lern ent wird nun anhand der Fig. 3A beschrieben.

Dieses ist ein System bzw. Element, bei dem optisehe Systeme oder Elemente, die eine Lichtintensitäts-Verteilung in Form einer Gaußschen Verteilung an der Projektionsebene ergeben, in einer oder in mehreren parallelen Reihen in gleichen Abständen angeordnet sind und das wirksame Objektblickfeld in einem jeden Linsensystem-Teil bzw. Komponenten-Linsensystem mehrfach überlappt ist, so daß die Verteilung in der Anordnungsrichtung in bezug auf die in Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung integrierte Lichtmenge im wesentlichen flach wird. Das System bzw. Element ist so ausgebildet, daß durch Verringerung der Quervergrößerung einer jeden Linse des Linsensystem-Elements das wirksame Objektblickfeld groß gemacht wird und daß die Lichtintensität an der Bildebene die in Fig. 3B gezeigte Gaußsche Verteilung annimmt, so daß die Lichtmenge in dem Teilbereich gleichförmig wird, in dem einander projizierte Teilbilder überlappen.

Nachstehend werden die verschiedenerlei Elemente bzw. Glieder der Stablinsen beschrieben. Zunächst wird die Bedeutung des Hauptlichtstrahls erläutert, der die Grundlage des optischen Systems gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist. Wenn der von dem Rand des wirksamen Objektblickfelds auf den oberen Rand der ersten Fläche der ersten Stablinse 1' fallende Lichtstrahl und der von dem Rand des wirksamen Objektblickfelds durch den unteren Rand der zweiten Fläche der ersten Stablinse 1' laufende Lichtstrahl in Betracht gezogen werden, so ist der aus der Mitte der Austrittshöhe der beiden Strahlen an der zweiten Fläche austretende und parallel zur opti-

sehen Achse zu der zweiten Stablinse 2' hin verlaufende

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Lichtstrahl als der Hauptlichtstrahl definiert; dieses optische System ist durch diesen Hauptlichtstrahl charakterisiert.

Es werden nunmehr die Werte r. , r„, d ' , φ. und jo_ errechnet, jedoch ergibt sich zunächst aus der Definition der F-Zahl:

_V/_Sl ()

Fe i-1 111- (22)

Φι

Ferner folgt aus der Verfolgung paraxialer Strahlen: 15

(23)

20	wobei	_ η	ι '	r	_	-	1
	Ψι	_ 1	r₂	1
	ψ₂		ei	Πι
25
			ι	_ d. ι '
		' ni '

(ji_e Brechkraft der ersten Fläche ist,

die Brechkraft der zweiten Fläche ist, und

gilt. Als nächstes ergeben sich aus der Bedingung, daß der Hauptstrahl des wirksamen Einfallichtstrahlenbündels vom Objekt her parallel zu der optischen Achse austritt, nachdem er die zweite Fläche verlassen hat, ^OJ die folgenden Beziehungen:

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- 30 - 302617Φ^{Ε Ο52δ} if*" ^C24)

^{ψι =} * ST (25)

Ferner wird durch die Bedingung, daß die öffnungswirksamkeit bei dem. notwendigen maximalen Blickwinkel zu Null wird, die folgende Beziehung notwendig:

Φο - (26)

Schließlich wird aus der Bedingung, im voraus den Abstand S2¹ von der zweiten Fläche der ersten Stablinse 1' zu der Zwischenbildsteile auf einem geeigneten Wert zu halten, die folgende Beziehung notwendig:

(27)

auf r. , r-r ^Λ $-i ^un^ Φ η erzielt man unmittelbar

Durch Auflösen der Gleichungen (22) bis (27) in bezug auf r₁ , r₂, ^¹, (O₁ folgendes Ergebnis:

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Π = -Cni¹ - I)S₁ (28)

r₂ = S₁ χ β ι χ (1 - ni') (29)

di ' = 2 χ ni ' χ -Si χ ßi (30)

_Α _ - Si/Fe ,,,>

Als nächstes wird die zweite Stablinse 2' beschrieben. Die in der Fig. 2A angegebenen Symbole werden gleichartig zu der vorstehenden Beschreibung angewandt.

Die aus der Bedingung hinsichtlich der Helligkeit des Projektionsbilds bestimmte wirksame F-Zahl ist „„ folgende:

p_e ι ₌ vw- j ■ ν.-j-; C33)

" ~

Die Quervergrößerung ß„ ([B₂J > 1) des projizierten Bilds, der Abstand S-, von dem Zwischenbild zu der objektseitigen Fläche und der Linsenrückabstand S,¹ bis zu der

on Projektionsebene sind Größen, die vorgewählt werden können. Ferner wird der Hauptbrechungsindex n~' des Materials durch Wahl der Materialqualxtät bestimmt. Aus diesen gewählten Größen Fe¹, ß-/ S , S ' und n_' werden aufgrund der folgenden Bedingungen unter Verwendung einer Idealabbildungs-Theorie der Krümmungsradius r₃

der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2", der Krümmungs-

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] radius r^ der zweiten Fläche der zweiten Stablinse, die Mittendicke d~' der zweiten Stablinse 2", der wirksame Durchmesser φ-, der zweiten Stablinse 2' und der wirksame Teildurchmesser φ. des projizierten Bilds bes timmt.

Zunächst ergibt sich der Zusammenhang zwischen der Quervergrößerung ß₂ und den Konstruktionsdaten der zweiten Stablinse 2' durch die folgende Gleichung:

_a *..) (-S,¹) + (·1-β₂'ψ₃)

wobei

C34)

*^ι

die Brechkraft der zweiten Fläche ist, ψ, = ¹ - "*' und .

^r4

gilt.

Als nächstes folgt aus der Bedingung, daß der Hauptstrahl der wirksamen Einfallichtstrahlen vom Objekt her parallel zur optischen Achse verläuft, wenn er in die erste Fläche der zweiten Stablinse 2¹ eintritt:

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~r (35)

(36)

Aus der Bedingung, daß die Öffnungswirksamkeit bei dem notwendigen maximalen Blickwinkel gleich Null ist, wird die folgende Beziehung notwendig:

. _ 2XS₁. 'χφ₃

φ, _, _C57)

Schließlich wird aus der Bedingung, im voraus den Abstand S₃ von der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2' bis zu der Zwischenbildstelle auf einem geeigneten Wert zu halten, die folgende Beziehung notwendig:

1 (33)

Durch gleichzeitiges Auflösen der Gleichungen (33) bis (38) in bezug auf r^, r., d ' , φ~ und φ. wird unmittel bar folgendes Ergebnis erzielt:

_r, _β s„. _x -1. χ (1 - n₂') (39)

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Γι. = (I - n₂') x S- ' (40)

d₂' = -2 χ n₂' x S-' x -i- (41)

S-'/Fe¹
Φ3 = (42)

Φ- = - ß 2 * Φ;

Damit wird bei dem Linsensystem-Element, bei dem die erste Stablinse 1' und die zweite Stablinse 2¹ miteinander gekoppelt sind, zuerst mittels der ersten Stablinse 1' das Zwischenbild, (mit dem Bildurchmesser ^₂) eines Objekts (mit dem Objektdurchmesser 0~) erzeugt

und nachfolgend das Zwischenbild mittels der zweiten Stablinse 2¹ als aufrechtes Bild mit einem Projektionsbild-Durchmesser φ ₄ auf die Bildebene übertragen. Damit in diesem Fall durch Anordnung einer Mehrzahl von Linsenelement-Elementen aus jeweils einer ersten Stab-

*■·* linse und einer zweiten Stablinse das ganze Bild der Objektfläche ohne Einschränkung auf der Projektionsebene abgebildet werden kann, müssen die Linsensystem-Elemente allgemein unter der Bedingung ß- χ ß~ = +1, nämlich unter aufrechter 1:1-Vergrößerung verwendet werden. Das heißt,

es muß berücksichtigt werden, daß der Aufbau der ersten Stablinse 1' und der zweiten Stablinse 2' die folgende Beziehung erfüllt:

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P ι

Mit dieser Berücksichtigung wird notwendigerweise die Beziehung Fe¹ = Fe selbstverständlich.

Ähnlich wie bei dem vorausgehend beschriebenen Linsensystem-Element wird durch Anwendung der Gleichungen

r₃ = -r₂, i\ = -ri, d₂' = di¹,

n₂' = πι', φ₃ = Φι, Φ"» = Φο, ß2 = I/ft ι , S₃ = -S₂', S₄.' = -Si ]5 und Fe'= Fe -

das optische Projektionssystem vereinfacht.

Durch Versuche und Aufbau wurde festgestellt, daß die erste Stablinse und die zweite Stablinse in der Größenordnung von +_ 10 % von den vorstehend genannten Bedingungen (28) bis (32) und (39) bis (43) abweichen können, nämlich in Größenordnungen, die bei K- =0,9 und K„ = 1,1 folgendermaßen gegeben sind:

-Ki χ S₁ χ (n₂'-l) <_n ^-K₂ χ S₁ χ (ni'-l) K₂ χ S₁ χ 3 ι χ (1-m·) <_ r₂ <_ K₁ χ S₁ χ ß^l-n,')

_2_χ K₁ Xn₁' XS₁ XS₁ < dx· <2 χ K₂ Xn₁ ¹ XS₁

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< _φι <K₂ *

Ki χ p- < Φο < -K₂ χ Al

pi— — O₁

10 K₁ J« S., 'χ -i- \ (l-n₂') <r₃ <Κ₂κ S₄ ¹^i — κ

3 2 - - ß₂

K₂ x Si,¹ Jt U-ⁿ ₂ ^!) -^Ttt -^Kl ^{x Sl}*·'

-2XKiMi₂'xS^ ¹X 4-<d₂' <.-2^K₂xn₂'xS₄ 'x -J 15 ßz- ■ . -B

<φ₃ <K₂ κ

und

-Ki χ ßz χ <f»j <_$<, £ -Kz χ βζ χ

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] Der Anordnungsabstand P₂ des Elementar-Linsensystems bzw. Linsensystem-Elements ergibt eine Gleichförmigkeit der Beleuchtungsverteilung innerhalb weniger Prozent durch Erfüllen der folgenden Bedingung:

mit N₁ = 1,18 und N₂ = 1,36.

Die Stablinse wurde bisher bezüglich ihres wirksamen

Durchmessers beschrieben; die tatsächliche Stablinsen-Gestaltung ist in den Fig. 4A oder 4B gezeigt.

Bei dem in Fig. 4A gezeigten Aufbau ist der Außendurchmesser φ groß im Vergleich zu dem wirksamen Durchmesser ^₂₁, wobei die Teile außerhalb des Bereichs des wirksamen Durchmessers 0„- an den einander gegenüberliegenden Enden bzw. Stirnseiten zu Lichtstreuflächen gestaltet sind, wie z. B. zu rauhen Flächen oder durch schwarzen Anstrich oder dgl. gebildete Lichtabsorptionsflächen, so daß tatsächlich kein Licht hindurchgelangt. Der Außenumfangsteil am Außendurchmesser der Stablinse ist mit schwarzem Lack oder dgl. beschichtet, so daß Licht absorbiert wird. Dadurch ist das durch die Stablinse 11 hindurchlaufende und zur Bildebene durchgelassene Licht nur das Lichtstrahienbündel, das durch den Teil innerhalb des wirksamen Durchmessers φ~^ hindurchläuft. Das heißt, die Lichtstrahlen, die in die erste Fläche der Stablinse eingetreten sind und dann über den Bereich des wirksamen Durchmessers ^₂-, hinausgelangen, erreichen den Außenumfangsteil und verschwinden dort, so daß sie daher nicht zur Bildebene durchgelassen werden.

Die Fig.4B zeigt eine Gestaltung, bei der der Außenumfangsteil einer Stablinse 12 mit gleichförmigem Außendurchmesser mit lichtabsorbierendem Harz 13 beschichtet ist, das einen Brechungsindex hat, der im wesentlichen

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] gleich dem Brechungsindex der Stablinse 12 ist. Beispielsweise wird eine aus Acryl gebildete Stablinse 12 mit schwarzem Acrylharz 13 beschichtet. Das über den wirksamen Durchmesser φ~- der Stablinse hinausgelangende Licht

c tritt in das Harz 13 ein und verschwindet dort (da der Brechungsindex-Unterschied Null ist und daher keine Innenflächen-Reflexion auftritt).

Die Fig. 5A zeigt die optische Anordnung des Linsen-IQ system-Elements. Zwischen einer ers.ten Stablinse 14 und einer zweiten Stablinse 15 ist ein Zwischenring 16 angebracht. Zwischen der ersten Stablinse 14 und dem Zwischenring 16 sowie zwischen der zweiten Stablinse 15 und dem Zwischenring 16 sind bestimmte Abstände vorgesehen, so daß eine direkte Berührung vermieden ist. Der Innendurchmesser des Zwischenrings 16 ist gleich dem oder geringfügig größer als der wirksame Durchmesser der Stablinsen, wobei an der Innendurchmesser-Fläche des Zwischenrings eine Mattierungsbeschichtung aufgebracht ist. Andererseits ist der Außendurchmesser des Zwischenrings 16 im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Stablinsen. Mittels des Zwischenrings 16 wird das durch die erste Stablinse 14 gelangende und danach in die zweite Stablinse eines anderen Linsensystem-Elements eintretende Licht, nämlich das Licht unterdrückt, das Streulichterscheinungen oder "Geister" ergeben würde. Abhängig von dem photoempfindlichen Material kann jedoch bestimmtes Streulicht oder dgl. vernachlässigt werden, so daß daher in diesen Fällen zur Kostenverringerung der Zwischenring weggelassen werden kann.

Die Fig. 5B' zeigt eine Anordnung, bei der Elementar-Linsensysteme bzw. Linsensystem-Elemente in den Nuten eines Nutenblocks 17 angeordnet sind, der V-förmige Nuten hat. Durch die V-förmigen Nuten werden die ersten

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£0261

Stablinsen 14, die zweiten Stablinsen 15 und die Zwischenringe 16 auf einfache Weise und genau in eine Ebene unter rechten Winkeln zu den optischen Achsen gestellt. Hinsichtlich der Form der Nuten besteht keine Einschränc kung auf die V-Form; vielmehr können Nuten in U-Form oder einer anderen geeigneten Form verwendet werden. Die Lageeinstellung in Richtung der optischen Achsen kann einfach und genau dadurch bewerkstelligt werden, daß anfänglich ein Paß-Werkzeug zwischen die erste Stablinse

IQ 14 und die zweite Stablinse 15 gesetzt wird und diese Linsen auf das Werkzeug ausgerichtet werden. Wenn die erste Stablinse 14 und die zweite Stablinse 15 eingesetzt und durch Kleben festgelegt sind, wird der Zwischenring 16 eingesetzt. Die Fig. 6A ist eine Ansicht der Linsensystem-

■ir Elemente von dem Eintrittsende her gesehen und veranschaulicht das Verhindern von Streulicht. Mit 18 ist eine undurchsichtige klebstoffartige Lichtabfang-Substanz wie Siliconharz bezeichnet, die den ganzen Zwischenraum zwischen den Linsensystem-Elementen ausfüllt. Dadurch kann

2Q das Eintreten von Streulicht in diesen Teilbereich verhindert werden. Die Linsensystem-Elemente sind so angeordnet, daß sich eine sog. versetzte Anordnung ergibt, bei der eine jede Reihe gegenüber der anderen um eine halbe Teilungsbreite abweicht, wobei die Stablinsen auf einem zwischengesetzten Blatteil 19 angeordnet und über dieses verbunden sind. Statt des Blatts 19 kann natürlich eine klebstoffartige Lichtabfang-Substanz zwischengesetzt werden. Die ersten Stablinsen 19, die zweiten Stablinsen 15 und die Zwischenringe 16 sind durch Kleben am den Nutenblock 17 festgelegt. In der Fig. 6A ist ein Nutenblock 17 mit V-förmigen Nuten gezeigt; wenn es jedoch schwierig ist, die V-förmigen Nuten mit dem Siliconharz 18 oder dgl. zu füllen, ist auch ein Nutenblock 17' mit U-förmigen Nuten gemäß der Darstellung in Fig. 6B geeignet.

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Vorstehend wurde das optische Projektionssystem als zusammengesetztes bzw. Facetten-Stablinsen-System unter Verwendung von Kunststoff beschrieben; um zu verhindern, daß die optischen Eigenschaften des Systems durch die Umgebungsfeuchtigkeit verändert werden, sind gemäß der Darstellung in Fig. 7A durchsichtige Platten 20 an den Eintrittsenden und den Austrittsenden der Linsensystem-Elemente dichtend angeklebt, um damit die Linsensystem-Elemente gegen die Außenluft abzuschirmen bzw. abzudichten.

Ferner ist der Nutenblock.17 aus einem Material wie Metall hergestellt, das feuchtigkeits-undurchlässig ist, so daß dadurch eine Befeuchtung des Außenumfangsteils der Stablinsen verhindert ist. Die Fig. 7B zeigt einen Querschnitt einer feuchtigkeitsdichten Ausführungsform im Schnitt in Richtung der optischen Achse. Die Menge der eingeschlossenen klebstoffartigen Substanz wie beispielsweise des Siliconharzes 18 wird im voraus so gewählt, daß sie nicht zu den Linsenflächen oder der Innenfläche des Zwischenrings dringt. .

Zum Verbessern des Dichtungsgrads werden gemäß der Darstellung in den Fig. 8A und 8B in einer Dichtungsnut 21 Diehtungselemente 22 wie O-Ringe angebracht, gegen die die durchsichtigen Platten 20 gepreßt werden und die durch Kleben in der Dichtungsnut festgelegt werden. Dies verhindert irgendein Lösen der Klebung, die sich sonst aus dem Unterschied in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Nutenblock 17 und den durchsichtigen Platten 20 ergeben würde. Die durchsichtigen Platten 20 können auch als Filter mit einer Wellenlängen-Charakteristik dienen, die der spektralen Empfindlichkeits-Charakteristik des photoempfindlichen Materials in einem Kopiergerät oder dgl. oder der spektralen Wellenlängen-Charakteristik der .Lichtquelle entspricht. Hinsichtlich der Mittel für

das Abhalten des in den Zwischenraum zwischen den Linsensystem-Elementen eindringenden Lichts besteht keine Ein-

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] schränkung auf den Einschluß mittels des vorstehend beschriebenen Siliconkautschuks bzw. Siliconharzes 18 oder dgl.; vielmehr kann auch gemäß der Darstellung in Fig. 9A an der Eintrittsstirnfläche eine Maske 23 angebracht werden. Die Form der Maske 23 ist in der Fig. 9B dargestellt, gemäß der entsprechend den Linsensystem-Elementen eine Vielzahl von Öffnungen 24 vorgesehen ist, die dem wirksamen Durchmesser jedes Linsensystem-Elements entsprechen und die im Durchmesser kleiner als der Außen-TO durchmesser der Stablinsen, jedoch größer als der wirksame Durchmesser der Stablinsen sind.

Da die Öffnungen 24 im Durchmesser größer als der wirksame Durchmesser der Stablinsen sind, ist ein Abstandsfehler oder dgl. bei den öffnungen in der Maske 23 zulässig, wodurch sich der Zusammenbau vereinfacht. Da der von dem wirksamen Durchmesser der Stablinsen verschiedene Bereich der Stablinsen so gestaltet ist, daß praktisch kein Licht hindurchgelangt, können die öffnungen der Maske 23 im Durchmesser größer als der wirksame Durchmesser der Stablinsen gewählt werden. Das Herausgreifen des wirksamen Lichtstrahlenbündels wird dadurch vervollständigt, daß nicht nur an dem Eintrittsende, sondern auch an dem Austrittsende eine Maske 23 angebracht wird. An dieses System können zur Feuchtigkeits-Abdichtung die durchsichtigen Platten 20 gemäß der Darstellung in den Fig. 8A und B angeklebt werden, um damit die optischen Eigenschaften der Kunststofflinsen zu stabilisieren bzw. beständig zu machen. Auf diese Weise ändert sich selbst durch eine Feuchtigkeitsschwankung der Außenluft die Feuchtigkeit um die Stablinsen herum kaum, wodurch die Erzeugung eines Bilds innerhalb eines beständigen Konstruktions-Toleranzbereichs ermöglicht ist. Ferner kann bei diesem Aufbau das Abstreifen irgendeiner Verschmutzung an der Linsenoberfläche auf sehr einfache Weise durch

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Abwischen der flachen Oberfläche in einem Zug bewerkstelligt werden.

Das Anbringen eines feuchtigkeitsfesten Fluor-Mittels an den durch Kleben festgelegten Bereich würde eine bessere Wirkung ergeben.. Das Klebemittel kann ein Epoxy-Mittel, ein Acryl-Mittel, Kunstkautschuk oder dgl. sein.

Es wurde zwar ein Nutenblock mit V-förmigen Nuten oder dgl. beschrieben, jedoch kann beispielsweise ein gewöhnlicher Vierkantblock mit einer Anzahl von Löchern ausgestaltet werden, in die die Stablinsen eingeführt werden.

Zur Beschreibung des Betriebsablaufs bei einem System, bei dem die Projektionsvorrichtung in einem Kopiergerät angewandt wird, wird nun auf die Fig. 10 Bezug genommen.

Nach Fig. 10 trägt eine Trommel 25, die mittels eines nicht gezeigten Motors drehend mit konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung angetrieben wird, ein photoempfindliches Material 26 aus einer elektrisch leitenden Schicht, einer photoleitfähigen Schicht und einer durchsichtigen Oberflächen-Isolierschicht, die in der genanntenReihenfolge aufgeschichtet sind. Die Oberfläche dieses photoempfindlichen Materials 26 wird zuerst mittels eines Koronaentladers 27 einer gleichförmigen Ladung unterzogen. Die Polarität der Ladung ist positiv, wenn die photoleitfähige Schicht eine N-Halbleiter-Schicht ist, und negativ, wenn die photoleitfähige Schicht eine P-Halbleiter-Schicht ist. Darauffolgend wird das photoempfindliche Material 26 mit dem Bild einer Vorlage 29 belichtet, die auf einen durchsichtigen Vorlagenträger 28 aufgelegt ist, der in Pfeilrichtung mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die gleich

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-| der mit dem Kehrwert der Abbildungs-Vergrößerung multiplizierten Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 25 ist (und die im Falle der Vergrößerung bzw. des Maßstabs 1:1 gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel c ist). Dieses Bild wird mittels einer Projektionsvorrichtung 30 auf dem photoempfindlichen Material 26 scharf abgebildet. Der Bereich der Vorlage 29, der der Projektionsvorrichtung 30 gegenübersteht, nämlich der Bereich der Vorlage, der auf das photoempfindliche Material 26 äbge-IQ bildet wird, wird mittels eines Beleuchtungssystems 31 aus einer Lampe und einem Reflektor beleuchtet. Das Belichtungsausmaß des photoempfindlichen Materials 26 kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, daß die Beleuchtungslichtmenge geregelt wird.

Das photoempfindliche Material 26 wird der Bildbelichtung mittels der Projektionsvorrichtung 30 gleichzeitig mit einer Entladungswirkung mittels eines Koronaentladers 32 in entgegengesetzter Polarität zu dem Koronaentlader 27 unterzogen, wodurch ein dem optischen Bild der Vorlage 29 entsprechendes Ladungsmuster auf dem photoempfindlichen Material 26 erzeugt wird, dessen Gesamtfläche im weiteren mittels einer Lampe 33 gleichförmig belichtet wird, um darauf ein elektrostatisches Latentbild bzw. Ladungsbild mit gutem Kontrast zu erzeugen. Das auf diese Weise erzeugte Ladungsbild wird mittels einer Entwicklungsvorrichtung 34 in Kaskaden-Ausführung oder Magnetbürsten-Ausführung zu einem Tonerbild sichtbar gemacht. Dieses Tonerbild wird dann auf Übertragungs- bzw. Bildempfangspapier 37 übertragen, das von einer nicht gezeigten Vorratsvorrichtung her zugeführt und mit Walzen 35 und 36 in Berührung mit dem photoempfindlichen Material 26 gebracht und mit der gleichen Geschwindigkeit wie das photoempfindliche Material 26 transportiert wird. Zur Verbesserung des Bildübertragungs-Wirkungsgrads wird von der Rückseite des Bildempfangspapiers 37 her an der Bildübertragungsstation eine in der

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de osä026170

Polarität zurPolarität des das entwickelte Bild bildenden Toners entgegengesetzte Ladung aufgebracht, was mittels eines Koronaentladers 38 erfolgt. Das auf das Bildempfangspapier 37 übertragene Tonerbild wird mittels

r einer geeigneten Fixiervorrichtung wie einer Wärmefixiervorrichtung fixiert, die mit einem Paar von Walzen 39 und 40 versehen ist, zwischen die das Bildempfangspapier eingeklemmt wird; danach wird das Bildempfangspapier in eine nicht gezeigte Aufnahmevorrichtung befördert.

Nach Abschluß der Bildübertragung wird die Oberfläche des photoempfindlichen Materials mittels der dagegengedrückten Kante·einer elastischen Rakel 41 gereinigt, um dadurch irgendeinen an der genannten Ober-IS fläche zurückbleibenden Toner abzustreifen; auf diese Weise wird das photoempfindliche Material für einen weiteren Abbildungs-Zyklus bereit. Der Koronaentlader 32 ist so angebracht, daß die Entladung der Oberfläche des photoempfindlichen Materials 26 gleichzeitig mit der Belichtung mittels des optischen Bilds erfolgt; dieser Entlader kann jedoch alternativ auch zwischen dem Koronaentlader 27 und dem Abbildungssystem angeordnet sein, um damit die Oberfläche des photoempfindlichen Materials 26 vor der Belichtung mittels des optischen Bilds zu entladen. In diesem Fall ist die Lampe 33 überflüssig.

Ferner kann das photoempfindliche Material 26 ein Material sein, das keine Oberflächen-Isolierschicht bzw. Isolierdeckschicht hat. In diesem Fall sind der Entlader 32 und die Lampe 33 unnötig.
30

Gemäß der Beschreibung ergibt sich somit eine Projektionsvorrichtung, bei der Stablinsen aus Kunststoff verwendet werden, deren Lage einfach einstellbar ist und deren optische Eigenschaften nicht durch die Außenluft verändert werden.

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de O5&Q2617Q

Die Beschreibung offenbart eine Projektionsvorrichtung, bei der Stablinsen aus Kunststoff, die eine im Vergleich zum wirksamen Linsendurchmesser große Länge in Richtung ihrer optischen Achsen haben, in Form einer Reihenanordnung in einer vorbestimmten Richtung angeordnet sind; ein Merkmal der Projektionsvorrichtung besteht darin, daß die Stablinsen mittels eines Halteteils, das das einfache Einstellen der Linsen ermöglicht, gegenüber der Außenluft abgeschirmt bzw. geschützt sind und ferner am Eintrittsende und am Austrittsende durchsichtige Platten wie Glasplatten oder dgl. angebracht sind, um das Halteteil abzudichten, so daß keine sich aus Änderungen der Umgebungsfeuchtigkeit ergebende Verschlechterung der vorbestimmten optischen Eigenschaften auftritt, die eine Eigenheit des Kunststoffmaterials ist.

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W₇

Leerseite

Claims

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

Grupe - Pellmann

Dipl.-Ing. R. Kinne 3026170 Dipl.-Ing. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-53 96

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

10. Juli 198 DE 0526

Patentansprüche

( 1./Projektionsvorrichtung, bei der eine Mehrzahl von Ltnsensystem-Elementen, die jeweils Stabiinsen mit einer im Vergleich zum wirksamen Linsendurchmesser großen Länge in Richtung der optischen Achse aufweisen, in Form einer Reihe in einer vorbestimmten Richtung in einer zu der optischen Achse senkrechten Ebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinsen (14, 15) aus Kunststoff hergestellt sind und daß ein Halteteil (17; 17") zur Abschirmung der Linsensystem-Elemente (14 bis 16) gegen die Außenluft und zur Steuerung ihrer Lage, ein Lichtabfangteil (18; 23) zum Abhalten eines in einen Zwischenraum zwischen den Linsensystem-Elementen eintretenden Lichtstrahlenbündels und durchsichtige Platten (20) an dem Eintrittsende und dem Austrittsende vorgesehen sind, die das Lichtstrahlenbündel durchlassen und die Linsensystem-Elemente gegenüber der Außenluft abschirmen.

2. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil· (17) ein Nutenblock mit darin ausgebildeten V-förmigen Nuten ist, in denen die Linsensystem-Elemente (14 bis 16) angeordnet sind.

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Deutsche Bank (München) Kto. 5V61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

- 2 - DE 0526

3. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtabfangteil (18) eine undurchsichtige klebstoffartige Substanz ist, die den Zwischenraum zwischen den Linsensystem-Elementen (14 bis 16) ausfüllt.

4. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtabfangteil

(23) eine Maske ist, die an dem Eintrittsende angebracht ist und die mit einer Vielzahl von Öffnungen (24) für das Herausgreifen allein eines wirksamen Lichtstrahlenbündels ausgestaltet ist.

5. Projektionsvorrichtung nach einem der An-Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Linsensystem-Elemente (14 bis 16) zwei Stablinsen (14, 15) aufweist.

6. Proj ektionsvorrichtung nach einem der An-

Sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsensystem-Elemente (14 bis 16) in zwei Reihen und in versetzter Form angeordnet sind, bei der sie von dem Eintrittsende her gesehen gegeneinander um eine halbe Teilung versetzt sind.

7. Projektionsvorrichtung, bei der eine Mehrzahl von Linsensystem-Elementen, die jeweils zwei Stablinsen mit im Vergleich zu dem wirksamen Linsendurchmesser großer Länge in Richtung der optischen Achse aufweisen, in der Form einer Anordnung in einer vorbestimmten Richtung in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinsen (1, 2; 14, 15) aus Kunststoff hergestellt sind und daß ein Zwischenring (16), der zum Herausgreifen eines wirksamen Lichtstrahlenbündels durch ihn hindurch zwischen den beiden Stablinsen eines'jeden

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] Linsensystem-Elements (14 bis 16) angebracht ist, ein Halteteil (17; 17') zum Abschirmen der Linsensystem-Elemente gegen die Außenluft und zum Einstellen ihrer Lage, ein Lichtabfangteil (18; 23) zum Abhalten eines in den Zwischenbereich zwischen den Linsensystem-Elementen eintretenden Lichtstrahlenbündels und durchsichtige Platten (20) an dem Eintrittsende und dem Austrittsende vorgesehen sind_r die die Lichtstrahlenbündel hindurchlassen und die Linsensystem-Elemente gegenüber der ■\q Außenluft abschirmen.

8. Projektionsvorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil· (17) ein Nutenblock ist, in dem V-förmige Nuten ausgebildet sind, in welchen die Linsensystem-Elemente (14 bis 16) angeordnet sind.

9. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsensystem-Elemente (14 bis 16) in zwei Reihen und in versetzter Form angeordnet sind, bei der sie von dem Eintrittsende her gesehen gegeneinander um eine haibe Teiiung versetzt sind.

10. Projektionsvorrichtung, bei der eine Mehrzahl von Linsensystem-Elementen, die jeweils Stablinsen mit im Vergleich zum wirksamen Linsendurchmesser großer Länge in Richtung der optischen Achse aufweisen, in der Form einer Anordnung in einer vorbestimmten Richtung in einer zu der optischen Achse senkrechten Ebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinsen (12; 14, 15) aus Kunststoff hergestellt sind und daß eine Lichtabsorptionsschicht (13) aus schwarzem Kunststoff, der auf den Außenumfangsteil einer jeden Stabiinse aufgebracht ist und im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das Material der Stablinse hat, ein Haiteteil (17) zum Abschirmen der Linsensystem-Elemente (14 bis 16) gegenüber der Außenluft und zur Festlegung ihrer Lage, ein Lichtabfangteil (18; 23) zum Abhalten eines

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^DE

in dem Zwischenraumbereich zwischen den Linsenelement-Elementen eintretenden Lichtstrahlenbündels und durchsichtige Platten (20) an dem Eintritts- und Austrittsende vorge sehen sind, die die Lichtstrahlen durchlassen und die Linsensystem-Elemente gegenüber der Außenluft schützen.

11. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stablinse (1; 14) bzw. die zweite Stablinse (2; 15) folgende Gleichungen erfüllen:

4^S1
K₁XCn₁"-^ Or₁IK₂X(Ii₁'-Dx

K, χ η ' χ xf.sXd '^K„ χ η ' χ /fs.

-S₁/Fe -S,/Fe

Κ_Ίχ - <ώ<Κ₉χ und

¹ 1 . 2 ¹~ ² 1,2

l-(2Fi⁾ !"

2 _ς

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für die erste Stablinse, wobei

r₁ der Krümmungsradius der ersten Fläche der ersten Stablinse ist,
r₂ der Krümmungsradius der zweiten Fläche der

ersten Stablinse ist,

d-' die Dicke der ersten Stablinse zwischen ihrer ersten und zweiten Fläche an der optischen Achse ist,

TO S^-i der wirksame Durchmesser der ersten Stablinse ist,

jOq die Objektgröße ist,
n., ' der Brechungsindex des Materials der ersten Stablinse für die Konstruktionswellenlänge ist,

ß.j die Quervergroßerung der ersten Stablinse

ist,

S₁ der Abstand längs der optischen Achse zwischen der ersten Fläche der ersten Stablinse bis zu der Objektfläche ist,

S2¹ der Abstand längs der optischen Achse von der zweiten Fläche der ersten Stablinse zu einer Zwischenbildebene ist,

Fe die objektseitige wirksame F-Zahl ist, und K₁ =0,9 sowie
K₉ =1,1 gilt,

sowie

S ' S '

K₁X(I-U₂ ¹Jx 4 <_r₃<K₂x(l-n₂')x—^~

2 2

V4 s -

Κ₂χ(π₂·-1,χ

₂χ(π₂-1,χ_i _^^<r_4<Klx(n₂l)x

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^O52(302617Q

-K₁ χ η 'χ S

^S ₄'/Fe·
^Κ1^Χ =_^<^Κ7^Χ und

K₁X 0₃χ ^-^0,<Κ₉Χ Αχ -J-J-A-

für die zweite Stablinse, wobei

r^ der Krümmungsradius der ersten Fläche

der zweiten Stablinse ist, r₄ der Krümmungsradius der zweiten Fläche der zweiten Stablinse ist, ^2' die Dicke der zweiten Stablinse zwischen

ihrer ersten und zweiten Fläche an der

optischen Achse ist, (zS-, der wirksame Durchmesser der zweiten

Stablinse ist,

Φα die Größe des projizierten Bilds ist, n₂' der Brechungsindex des Materials der

zweiten Stablinse für die Konstruktions-

wellenlänge ist,

&2 die Quervergrößerung der zweiten Stablinse ist,

S₃ der Abstand längs der optischen Achse

von der ersten Fläche der zweiten Stablinse zu der Zwischenbildebene ist, S₄ ¹ der Abstand längs der optischen Achse von der zweiten Fläche der zweiten

Stablinse zu der Projektionsebene ist,

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-ν- ^DEO52(302617Q

Fe¹ die bildseitige wirksame F-Zahl ist, und K₁ =0,9 sowie K₂ = 1,1 gilt.

12. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Gleichungen gelten:

^2⁼^T, ^s-r~V' V^=si ' und_Fe'=Fe. ^x

^{= 0}1' ⁰4⁼ ^'

13. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stablinse (1; 14) bzw. die zweite Stablinse (2; 15) die folgenden Gleichungen erfüllen:

X (n_± ' -l)<_r^-K₂XS₁X Cn₁' -1)

K₂ _ ^_

2 χ Κ, χ η ' χ S_n χ /S₁Ca₁ '<2 χ K₀ χ η ' χ S χ 1 1 1 1—1— 2

-SVFe -S /Fe

_Κ _χ ^λ ; Λ ,ν „ ^

^ν1^Λ _^1^2^

/i-(2k)² y^-'äfe)²

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- 8 - DE 052^026170

] für die erste Stablinse, wobei

r- der Krümmungsradius der ersten Fläche der ersten Stablinse ist, r~ der Krümmungsradius der zweiten Fläche

der ersten Stablinse ist, d.,' die Dicke der ersten Stablinse zwischen

ihrer ersten und zweiten Fläche an der

optischen Achse ist,
IQ φ- der wirksame Durchmesser der ersten

Stablinse ist,

φQ die Größe des Objekts ist, n₁' der Brechungsindex des Materials der ersten Stablinse für die Konstruktionswellenlänge ist,

B₁ die Quervergrößerung der ersten Stablinse

ist,
S₁ der Abstand längs der optischen Achse von der ersten Fläche der ersten Stab-'linse bis zu der Objektfläche ist, S„' der Abstand längs der optischen Achse

von der zweiten Fläche der ersten

Stablinse zu einer Zwischenbildebene ist,
Fe die objektseitige wirksame F-Zahl ist,

und
K₁ = 0,9 sowie

K₂ = 1,1 gilt,

sowie

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.1 ^λ

·χ___χ(ΐ-η₂ · J^r3^K₂XS₄ 'χ — _Χ(ΐ-η₂ ')

-2 χ K₁ χ η₂' χ S₄' Χ-ί-^₂'4-2 χ K₂ χ ^' χ S₄ ¹ χ

S '/Fe¹ S '/Fe¹ , K₁X ^q <&<K„x Z

10 ^λ / 1—₂ -^- ² ι ——

20 für die zweite Stablinse, wobei

r-. der Krümmungsradius der ersten Fläche

der zweiten Stablinse ist,

r der Krümmungsradius der zweiten Fläche 25 der zweiten Stablinse ist,

d_?' die Dicke der zweiten Stablinse zwischen ihrer ersten und zweiten Fläche an der optischen Achse ist,

(Z$3 der wirksame Durchmesser der zweiten 30 Stablinse ist,

φ. die Größe des projizierten Bilds ist, n₂' der Brechungsindex des Materials der

zweiten Stablinse für die Konstruktionswellenlänge ist, 35

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ß„ die Quervergrößerung der zweiten Stablinse ist,

S₃ der Abstand längs der optischen Achse von der ersten Fläche der zweiten Stablinse zu der Zwischenbildebene ist,

S₄ ¹ der Abstand längs der optischen Achse

von der zweiten Fläche der zweiten Stab linse zu der Projektionsebene ist, und

Fe¹ die bildseitige wirksame F-Zahl ist.

14. Proj ektionsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Gleichungen

^S3⁼~V' ^s ₄ ^I=-^s ₁und Fe'=Fe.

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