DE2550114C2

DE2550114C2 - Optisches System mit veränderbarem Abbildungsmaßstab

Info

Publication number: DE2550114C2
Application number: DE2550114A
Authority: DE
Inventors: George R. Rochester N.Y. Simpson
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-11-11
Filing date: 1975-11-07
Publication date: 1984-09-13
Also published as: JPS5170634A; GB1523289A; FR2290681A1; FR2290681B1; DE2550114A1; NL7512748A; CA1039093A; US3947188A

Description

a) die beiden koplanaren Reflexionsflächen des Winkelspiegels (20, 22) unter einem Winkel von 45 zueinander angeordnet sind,

b) der Winkelspiegel (20, 22) so im Strahlengang angeordnet ist, daß seine in der Einfallsebene liegende Winkelhalbierende (24,26) die optische Achse des optischen Systems unter einem Winkel von 45° schneidet, und

c) der Winkelspiegel (20, 22) entlang der Winkelhalbierenden (24, 26) verschiebbar ist.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten gegenstandsseitigen Winkelspiegel (20) und durch einen zweiten bildseitigen Winkelspiegel (22), die beide in Richtung ihrer Winkelhalbierenden (24, 26) verschiebbar angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein optisches System mit veränderbarem Abbildungsmaßstab zum Projizieren eines Bildes entlang einer optischen Achse von einer feststehenden Gegenstandsebene auf eine feststehende Bildebene mit Hilfe eines Projektionsobjektivs, mit wenigstens einem Winkelspiegel, der zur Änderung des Abbildungsmaßstabes verschiebbar angeordnet i.st.

Ein derartiges optisches System mit veränderbarem Abbildungsmaßstab ist aus der US-PS 3604 795 bekannt. Dieses bekannte System ist derart ausgelegt, daß auch selektiv verschiedene Abschnitte eines Bildes auf eine Bildebene projiziert werden können. Der bei diesem bekannten System verwendete Winkelspiegel ist zwar relativ sowohl zur Gegenstandsebene als auch zur Bildebene verschiebbar angeordnet, doch muß zusätzlich zur Veränderung des Abbildungsmaßstabes die optische Achse bei Verschiebung des Spiegels seitlich verschoben und zusätzlich noch gekippt werden, wozu es erforderlich ist, das Projektionsobjektiv in besonderer Weise zu lagern, um gleichzeitig bei einer Längsverschiebung des Projektionsobjektives in Richtung der optischen Achse auch eine seitliche Verschiebung zur optischen Achse und eine Kippung des Projektionsobjektivs zu realisieren. Dieses bekannte optische System erfordert daher eine vergleichsweise aufwendige Konstruktion für die Lagerung des Projektionsobjektivs.

In Photokopiermaschinen >vird ein Lichtbild des zu kopierenden Objektes mit Hilfe einer Linse auf eine lichtempfindliche Bildträgerfläche projiziert, das dann dazu benutzt wird, eine bleibende Aufzeichnung des Originals herzustellen. Dies geschieht manchmal durch Vollbildbelichtung und manchmal durch Abtasten des Originals wobei durch Abtasten und Projizieren von Abschnitten des Objektes ein zusammengesetztes Bild erzeugt wird. Es gibt zahlreiche Wege, um diese Abtastfunktion auszuführen.

Es sind somit bereits auch Projektionssysteme in verschiedenen Formen im Gebrauch, die einen veränderbaren Abbildungsmaßstab vorsehen. Eine bekannt Konstruktion umfaßt ein Varioobjektiv (auch Zoomlinse genannt) zwischen Objekt und Bild. Eine andere Möglichkeit ist die Anbringung von Zusatzlinsen. Bei wieder einem anderen Systemtyp wird die optische Achse zwischen Objekt und Bild bewegt und in veränderbaren Winkeln umgelenkt, um Änderungen der Gesamtlänge der

ίο Konjugierten zu kompensieren. Bei solchen Systemen ist es im allgemeinen notwendig, die Abbildungslinse zu verstellen. Außerdem ist es bei solchen Systemen erforderlich, auch die optische Achse seitlich zu versetzen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht

is darin, bei dem optischen System der eingangs definierten Art die Ausbildung und die Anordnung des Winkelspiegels im optischen Strahlengang so zu verbessern, daß die optische Achse bei Verschiebung des Spiegels weder seitlich verschoben noch gekippt werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) die beiden koplanaren Reflexionsflächen des Winkelspiegels unter einem Winkel von 45 zueinander angeordnet sind,

b) der Winkelspiegel so im Strahlengang angeordnet ist, daß seine in der Einfallebene liegende Winkelhalbierende die optische Achse des optischen Systems unter einem Winkel von 45 schneidet, und

c) der Winkelspiegel entlang der Winkelhalbierenden verschiebbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, sowohl auf der Gegenstandsseite einen Winkelspiegel als auch auf der Bildseite einen Winkelspiegel vorzusehen, die beide in Richtung ihrer Winkelhalbierenden verschiebbar angeordnet sind. Durch die Bewegung des einen oder anderen Winkelspiegels oder beider Winkelspiegel entlang ihrer Winkelhalbierenden kann sowohl die Gegenstandsweite als auch die Bildweite nach Wunsch auf jeder Seite des Projektionsobjektivs verändert werden, ohne daß dabei die optische Achse seitlich verschoben oder gekippt werden muß.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Seitenriß eines optischen Systems mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 2 eine andere Ausführungsform mit Merkmalen

so nach der Erfindung;

Fig. 3 die Skizze eines Fünfkantprismas, das in der

praktischen Ausführung der Erfindung verwendbar ist.

Fig. 1 zeigt schematisch das optische System eines

Photokopiergerätes, das insgesamt mit 2 bezeichnet ist.

Eine Gegenstandsebene 4 und eine Bildebene 6 sind an beiden Enden einer optischen Achse 8 gezeigt. In einer Ausführungsform ist ein Original, das durch den Pfeil 10 angedeutet ist und den Gegenstand darstellt, in der Gegenstandsebene 4 in der gezeigten Weise relativ zur optisehen Achse 8 verschiebbar, um eine Abbildung des Originals 10 in die Bildebene 6 zu projizieren. Eine rotierende photoleitende Trommel 14 oder eine sonstige bewegbare photoleitende Oberfläche ist in der Bildebene 6 angeordnet. Ein enger Belichtungsschlitz 16 wird von einer geeigneten Blende 18 gebildet, so daß auf der photoleitenden Trommel 14 nacheinander immer nur eine Zeile belichtet wird. Wenn sich das Original 10 relativ zur optischen Achse 8 synchron mit der Bewegung der photolei-

tenden Trommel 14 bewegt, wird also auf die Trommel 14 ein zusammengesetztes Bild des Originals 10 projiziert.

Zu dem optischen System 2 gehört auch noch ein 45 Winkelspiegel 20 auf der Gegenstandseite eines Projektions-Objektivs 12 und ein 45 -Winkelspiegel 22 auf der s Bildseite des Projektions-Objektivs 12. Der Winkelspiegel 20 hat eine solche Lage, daß seine Winkelhalbierende 24 unter 45 zur optischen Achse 8 verläuft. Auch der Winkelspiegel 22 ist so angeordnet, daß seine Winkelhalbierende 26 unter 45 zur optischen Achse 8 verläuft. Jeder Winkelspiegel lenkt die optische Achse nach zwei Reflexionen um 90 um.

Die optische Achse 8 wird nachstehend auch durch ihre Abschnitte ausgedrückt. So ist der optische Weg OABLXYl die Summe der Wege von O (Gegenstand) \s nach A (Spiegel), nach B (Spiegel), nach L (Objektiv), nach X (Spiegel), nach Y (Spiegel), nach / (Bild).

In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Anordnung haben die Winkelspiegel 20 und 22 eine solche Lage, daß für den Abbildungsmaßstab 1:1 die Gegenstands- :o konjugierte gleich der Büdkonjugierten ist. Jn anderen Worten, die Gegenstandsweite OABL ist gleich der Bildweite LXYL

Die Gesamtkonjugierte (TC) des Projektions-Objektivs 12 ist gleich der Summe seiner Gegenstandskonjugierten (S) und seiner Büdkonjugierten (5").

Die Gegenstandskonjugierte 5 wird durch die Gleichung(l)

S = / ausgedruckt, worin -'°

in '

m = Abbildungsmaßstab oder Vergrößerung
/= Objektivbrennweite

35

Die Bildkonjugierte 5' wird durch die Beziehung (2) ausgedrückt:

40

Die Gesamtkonjugierte wird durch die folgende Beziehung ausgedrückt:

(3)

45

Beim Abbildungsmaßstab 1: 1 des Projektions-Objektivs 12 (ausgezogene Linien) ist TC = Af, S = 2f, und S' = 2/.

Wenn der Abbildungsmaßstab geändert werden soll, so gibt die obige Gleichung (3) die Parameter der Gegenstandskonjugierten, der Büdkonjugierten und der Gesamtkonjugierten an, die für das gewünschte Resultat erforderlich sind. Als Beispiel wird ein gewünschter Vergrößerungsmaßstab von 0,5mal in Gleichung (3) einge- ^ setzt und ergibt als notwendige Parameter TC=4,5/ 5 = 3/und S' = 1,5/. Die Änderung von 5 beim Wechsel der Vergrößerung von 1 fach auf 1/2fach ist gleich 1/ ein absoluter Wert, da/konstant ist. Ähnlich ist die Änderung von S' von 1 fächer auf einhalbfache Vergrößerung w gleich 0,5/.

Die Gegenstandskonjugierte Sund die Bildkonjugierte S' können verändert werden, um die obigen Bedingungen zu erfüllen, indem die Winkelspiegel 20 bzw. 22 in andere Positionen gebracht werden, die als 20' und 22' veranschaulicht sind. Man kann zeigen, daß die Änderung der Gegenstandskonjugierten S durch eine Verrückung D„ des Winkelspiegels der Bezeichnung entspricht:

AS= D₀ j/2. Entsprechend gilt fär die Änderung der Büdkonjugierten S' durch eine Verschiebung des Winkelspiegels um Dj die Beziehung: AS' = D-_t J 2.

Durch Umformen der Ausdrücke findet man für die erforderliche Verschiebung des gegenstandsseitigen Winkelspiegels 20. um ein gewünschtes AS zu erzielen: ASI]/2. Entsprechend ist die erforderliche Verschiebung des bildseitigen Winkelspiegels 22 zum Erzielen eines gewünschten AS' gleich AS'/\/"l. Die Werte von AS und J5' kann man wiederum aus der Lösung der Gleichung (3) und eine Rechnung mit dem eingesetzten Wert von/ ableiten.

In dem beschriebenen optischen System findet offensichtlich durch die Änderung des Abbildungsmaßstabes keine Änderung der Gegenstandsebene, keine Änderung der Bildebene, keine Änderung der Stellung des Projektions-Objektivs und auch keine Änderung der optischen Achse, weder eine seitliche Verschiebung noch eine Kippung, statt.

Aus den Figuren ist ersichtiich, daß in jeder Position des gegenstandsseitigen Winkelspiegels 20 entlang seiner Symmetrieachse 24 die optische Achse OA mit OA' zusammenfällt und BL mit B'L. Auch für jede Position des bildseitigen Winkelspiegels 22 auf seiner Achse 26 fällt die optische Achse LX mit LX' und YI mit Y'l zusammen.

Es ist auch möglich, das Projektions-Objektiv entlang der optischen Achse zu verschieben und in Verbindung mit dieser Objektivbewegung nur den einen oder den anderen Winkelspiegel 20 oder 22 zu bewegen. Die notwendigen Bewegungen werden durch die vorstehende Gleichung (3) vorgeschrieben. Dies bietet den Vorzug, daß nur ein Winkelspiegel bewegt werden muß und daß die erforderliche Verschiebung des Winkelspiegels kleiner ist als in dem Fall, wenn das Projektions-Objektiv stationär bleibt.

Auch bietet sich die Möglichkeit, daß das Projektions-Objektiv 12 und beide Winkelspiegel 20 und 22 unabhängig voneinander entlang ihren Achsen bewegt werden. Wiederum werden die Parameter einer solchen Anordnung durch die Gleichung (3) vorgeschrieben. In dieser Anordnung ist die gesamte erforderliche Bewegung aller bewegbaren Elemente geringer als in dem vorausgehenden Fall, bei dem das Projektion s-Objektiv stationär war, oder in dem anderen Fall, in dem einer der Spiegel stationär bleibt. Die Wahl einer dieser Ausführungen ist eine Sache praktischer Überlegungen, die Bauart der Maschine, die Kosten und die Kompliziertheit des Mechanismus betreffend.

Alle vorstehenden Beispiele sind mit Bezug auf ein Photokopiersystem mit einer Bildübertragung beschrieben worden, bei dem eine gerade Anzahl von Reflexionen im optischen System zwischen Gegenstand und Bild erforderlich ist. Bei einem direkten Kopiersystem ist für die Fortpflanzung des Bildes eine ungerade Anzahl von Reflexionen notwendig. Die Erfindung ist auch für ein solches System verwendbar, indem lediglich dsr eine oder der andere Winkelspiegel durch einen einfachen Planspiegel ersetzt wird. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines direkten Abbildungssystems mit drei Reflexionen. Bei dieser Anordnung bleibt der Planspiegel 28 ortsfest und der einzige Winkelspiegel wird bewegt, um die gewünschte Änderung des Abbildungsmaßstabes zu bewirken. Selbstverständlich kann die in Fig. 2 gezeigte Anordnung der Spiegel vertauscht werden. Der Planspiegel 28 ist hier auf der Bildseite des Projektions-Objektivs gezeigt, er kann aber ebensogut gegenstandsseitig vorge-

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sehen sein, wobei dann der Winkelspiegel auf der Bildseite liegen würde.

In allen vorstehend beschriebenen Modifikationen ist es nicht wesentlich, ob ein Winkelspiegel bewegt wird oder ob zwei Winkelspiegel bewegt werden oder ob beide Winkelspiegel und das Projektions-Objektiv bewegt werden. Dies wird durch die Frage entschieden, wie die Bedingungen der Gleichung (3) zu erfüllen sind. Die wesentlichen Punkte sind, daß durch die Bewegung dieser verschiedenen Elemente die optische Achse nicht seitlich in verlagert oder gekippt wird und daß die Gegenstandsebene und die Bildebene nicht bewegt werden müssen.

Ein weiterer Vorteil des 45 -Winkelspiegels (oder eines Fünfkantprismas) ist, daß erden einfallenden Lichtstrahl um 90 umlenkt. !>

Ein weiterer aus der beschriebenen Anordnung gezogener Vorteil ist, daß die Bewegung jedes Winkelspiegels entlang einer einzigen Richtung (24, 26) erfolgt. Dies ist mechanisch einfacher zu bewerkstelligen als eine kombinierte v-r-Bewegung zweier Spiegel oder eine .v-r-r-Be- :o wegung dreier Spiegel.

Der Erfindungsgedanke kann auch in einem System ohne Abtastung verwirklicht werden, bei dem Gegenstand und Bild stationär bleiben. In einem solchen System wird der volle Ausschnitt der Gegenstandsebene gleichzeitig auf ein entsprechendes volles Bildformat in der Bildebene aufbelichtet. Dies macht natürlich eine ebene Platte oder einen bandförmigen Photoleiter anstelle der Trommel 14 notwendig.

Fig. 3 ist eine Skizze eines Fünfkantprismas 30. des- jo sen Position relativ zur optischen Achse 8 der Position des Winkelspiegels 20 in Fig. 2 und 22 entspricht. Ein solches Prisma kann als volles Äquivalent für die Spiegel 20 und 22 verwendet werden. Der Ausdruck »Winkelspiegel« in den Ansprüchen soll auch ein solches Prisma einschließen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

45

50

55

60

Claims

Patentanspruch:

1. Optisches System mit veränderbarem Abbildungsmaßstab zum Projizieren eines Bildes entlang einer optischen Achse von einer feststehenden Gegenstandsebene auf eine feststehende Bildebene mit Hilfe eines Projektionsobjektivs, mit wenigstens einem Winkelspiegel, der zur Änderung des Abbildungsmaßstabes verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß