DE2843798C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Linsenrasterobjektiv gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mittels eines derartigen Linsenrasterobjektivs, das in der
GB-PS 14 62 085 gezeigt ist, wird eine Vorlage, die auf einer
Objektfläche angeordnet ist, mittels einer Vielzahl von
Abbildungssystemen auf einer Projektionsfläche abgebildet.
Auf einer Spiegelfläche wird dabei mittels der Abbildungssysteme
ein Zwischenbild der Vorlage erzeugt, das mittels der
gleichen Abbildungssysteme auf die Projektionsfläche
projiziert wird. Ein Abbildungssystem besteht jeweils aus
zwei Linsen, die zur Sicherstellung einer ausreichenden
Abbildungsleistung exakt zueinander ausgerichtet sein müssen.
Eine derartige Ausrichtung ist sehr zeitaufwendig und kostenintensiv,
insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache,
daß eine Vielzahl von Abbildungssystemen vorhanden ist. Es
ist deshalb wünschenswert, die Abbildungssysteme aus jeweils
nur einer Einzellinse auszubilden. Allerdings tritt dabei der
Nachteil auf, daß die Abbildungseigenschaften, insbesondere
die Lichtintensitätsverteilung auf der Projektionsfläche,
gegenüber einem mehrlinsigen Aufbau verschlechtert sind, daß
es zu einer Abschattung des Bildfeldes kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße
Linsenrasterobjektiv derart weiter zu bilden, daß es bei
guten Abbildungseigenschaften einen einfachen Aufbau
aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Zusammenbau des Linsenrasterobjektivs
aufgrund der Verwendung von Einzellinsen in Form von
Stablinsen für jedes Abbildungssystem wesentlich vereinfacht,
da der Spiegel nur senkrecht zur optischen Achse der
Stablinsen angeordnet zu werden braucht. Die gleichzeitige
Erfüllung aller fünf anmeldungsgemäßen Konstruktionsbedingungen
gewährleistet dabei gute Abbildungseigenschaften trotz
der Verwendung von Einzellinsen.
Aus der US-PS 36 94 076 ist es an sich bekannt, in einem
Linsenrasterobjektiv, das der Abbildung einer auf einer
Objektfläche angeordneten Vorlage auf einer Projektionsfläche
mittels einer Vielzahl von Abbildungssystemen dient,
Stablinsen zu verwenden. Allerdings ist bei dem Linsenrasterobjektiv
gemäß der US-PS 36 49 076 jedes Abbildungssystem
ebenfalls aus mehreren Linsen aufgebaut, so daß es auch die
in Zusammenhang mit dem Linsenrasterobjektiv gemäß der GB-PS
14 62 085 geschürten Nachteile aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung
eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Linsenrasterobjektives,
Fig. 2 eine Darstellung der Strahlengänge im Linsenrasterobjektiv
gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung
eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Linsenrasterobjektives und
Fig. 4 eine Darstellung der Strahlengänge im Linsenrasterobjektiv
gemäß Fig. 3.
Ein Linsenrasterobjektiv dient der Abbildung einer auf einer Objektivfläche 1 angeordneten Vorlage auf eine Projektionsfläche 5 und weist
einen halbdurchlässigen Spiegel 2, im folgenden kurz Halbspiegel genannt, der mit einer Neigung von 45° relativ zur optischen Achse angeordnet
ist, und eine Vielzahl von Stablinsen 3 auf, die
relativ zu ihrem wirksamen Linsendurchmesser eine große
Länge besitzen.
Die Stablinsen 3 sind senkrecht zu ihren optischen Achsen nebeneinander
angeordnet und bilden jeweils ein Abbildungssystem, das einen Teilbereich der Vorlage abbildet.
Ein Planspiegel 4 ist in einer zur Objektfläche 1 im wesentlichen konjugierten
Lage angeordnet.
Wenn im Bildfeld einer Stablinse
3, d. h. im entsprechenden Teilbereich der Vorlage ein Buchstabe "P" liegt,
bildet die Stablinse 3 ein Zwischenbild des Buchstabens "P"
auf dem Planspiegel 4 oder in dessen Nachbarschaft aus. Die
Lichtstrahlen, die das Zwischenbild des Buchstabens "P" bilden, werden
an dem Planspiegel 4 reflektiert, treten wiederum in die Stablinse 3
ein und werden mittels des Halbspiegels 2 auf die Projektionsfläche
S gerichtet, wodurch ein Spiegelbild des Buchstabens
"P" auf der Projektionsfläche 5 ausgebildet wird.
Gemäß Fig. 2 sind in dem Linsenrasterobjektiv
eine
Aperturblende 6, eine Bildfeldblende 7 und eine optische Achse 8
vorgesehen. Die Stablinse 3 sollte vorzugsweise
so ausgelegt sein, daß ihre Länge in Richtung
der optischen Achse dem Zwei- bis Sechzigfachen ihres
wirksamen Linsendurchmessers entspricht. Dabei
sollten die später erläuterten Bedingungen (6) bis (10) erfüllt sein.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Stablinse 3 an ihrer
objektseitigen Linsenfläche einen Krümmungsradius r₁, an ihrer
bildseitigen Linsenfläche einen Krümmungsradius r₂
und entlang der optischen Achse 8 eine Länge d₁ auf.
Die Stablinse 3 besteht aus einem Workstoff, der bei einer
Konstruktionswellenlänge eines Brechungsindex n′₁ hat.
Darüber hinaus sind der Fig. 2 der wirksame Durchmesser Φ₁ der Stablinse 3,
die Größe Φ₀ der Vorlage, die Größe Φ₂ des durch die Stablinse 3
erzeugten Zwischenbildes, der Abstand S₁ der Vorlage zur objektseitigen
Linsenfläche der Stablinse 3
und der Abstand S₂ des Zwischenbildes zur bildseitigen
Linsenfläche der Stablinse 3 zu entnehmen. Die Lateralvergrößerung bzw.
der Abbildungsmaßstab β₁ der Stablinse 3 ist definiert zu:
Die objektseitige effektive F-Zahl der Stablinse 3 ist definiert zu:
Der Abbildungsmaßstab β₁(|β₁| < 1) ist,
so festgelegt, daß kein Abschatten des Bildfeldes auftritt.
Aus den fünf vorgegebenen Größen
Fe, β₁, S₁, S′₂ und n′₁ können unter Anwendung des Prinzips
der idealen Abbildung aus den nachstehenden Beziehungen
der Krümmungsradius r₁, der
Krümmungsradius r₂, die axiale
Länge d′₁, der wirksamen
Durchmesser Φ₁ und die Größe
Φ₀ der Vorlage bestimmt werden.
Der Zusammenhang zwischen dem Abbildungsmaßstab
β₁ und den Konstruktionsdaten der Stablinse ist durch
die Gleichung
gegeben, worin
die Brechkraft der objektseitigen Linsenfläche,
die Brechkraft der bildseitigen Linsenfläche und
repräsentieren.
Die Bedingung, daß die Hauptstrahlen des von der
Vorlage ausgehenden Strahlenbündels, d. h. die an dem Schnittpunkt
der optischen Achse mit der objektseitigen Linsenfläche in die Stablinse eintretenden Lichtstrahlen
parallel zur optischen Achse verlaufen, nachdem
sie die Stablinse an der bildseitigen Linsenfläche verlassen haben, wird unter Berücksichtigung,
daß die Brennweite der bildseitigen Linsenfläche,
d. h. 1/Φ₂, gleich e′₁ ist, durch die folgende
Beziehung repräsentiert
Da die gemäß Fig. 2 unteren Lichtstrahlen des
Strahlenbündels in der Stablinse 3 entlang deren Rand parallel zur
optischen Achse verlaufen
und da für das vom Rand der Vorlage ausgehende
Strahlenbündel
die Bedingung besteht, daß es nicht abgeschattet oder verdeckt
wird, gilt folgende Gleichung:
Aus der Bedingung, daß der Abstand
S′₂ des Zwischenbildes zur bildseitigen Linsenfläche
auf einem vorbestimmten Wert gehalten
werden muß, ergibt sich folgende Gleichung:
S′₂ = β₁ × {(1-ψ₁ e′₁)S₁-e′₁} (5)
Durch gleichzeitiges Auflösen der oben genannten
Gleichungen (1) bis (5) nach r₁, r₂,
d′₁, Φ₁, und Φ₀ werden folgende Gleichungen erhalten:
Ferner wurde experimentell gefunden, daß die Stablinse 3 in
einem Maß von ±10% von den oben beschriebenen Gleichungen (6) bis
(10) abweichen darf, d. h. die Stablinse muß so ausgelegt sein, daß sie den
folgenden Bedingungen genügt:
wobei
K₁ = 0,9 und K₂ = 1,1
sind.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die Daten eines Beispiels
für eine Stablinse, die die genannten Bedingungen erfüllt.
Fig. 3 zeigt eine weitere
Ausführungsform eines Linsenrasterobjektivs,
die für ein Bildreproduktionsgerät sehr geeignet und im
Hinblick auf eine wirksame Ausnützung des Lichts vorteilhaft
ist.
Eine Vorlage ist gemäß den Fig. 3 und 4 auf
eine Objektfläche 1 aufgelegt. An
Oberflächen eines Prismenblocks 10 sind Spiegelflächen
11, 12 und 13 ausgebildet, die relativ zur optischen
Achse der Stablinse 3 geneigt sind.
In der
Bildebene der Stablinse 3 oder in der Nähe derselben ist
ein Planspiegel 4 angeordnet. Ein fotoempfindliches
Material oder eine fotoempfindliche Trommel bildet eine Projektionsfläche 5.
Obwohl es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist
ein Mechanismus zum Bewegen der Vorlage und des fotoempfindlichen
Materials in Pfeilrichtung gemäß Fig. 3 vorgesehen. Die
Stablinsen 3, die in einer Reihe senkrecht zur Bewegungsrichtung
der Vorlage und des fotoempfindlichen Materials
angeordnet sind, erzeugen auf dem Planspiegel 4
schlitzförmige Teilbilder, die senkrecht zur Bewegungsrichtung
der Vorlage verlaufen. In der Zeichnung ist
repräsentativ hierfür ein Buchstabe "P" gezeigt, der in
einem Bereich angeordnet ist, der von einer der Stablinsen 3
erfaßt wird. Dieser
Zustand ist in Fig. 4 im Detail gezeigt. Von dem
Buchstaben "P" der Vorlage ausgehende Lichtstrahlen werden von einem ersten Spiegel, der von der Spiegelfläche 11 gebildet wird,
reflektiert und treten in den oberen Teil der
Stablinse 3 ein. Demgemäß wird auf dem Planspiegel 4
ein umgekehrtes Zwischenbild ausgebildet, das
in einem gewissen
Ausmaß verkleinert ist. Die an dem Planspiegel 4 reflektierten Lichtstrahlen
treten wieder in die Stablinse 3 ein, wobei
die aus dem unteren Teil der Stablinse 3 austretenden
Lichtstrahlen an einem zweiten Spiegel, der die Spiegelflächen 12 und 13 umfaßt, reflektiert werden
und ein Bild auf der
Projektionsfläche 5 erzeugt. Indem die Vorlage und
das fotoempfindliche Material in Pfeilrichtung bewegt
werden, wird die gesamte Vorlage auf das fotoempfindliche
Material projiziert. In Fig. 4 sind desweiteren eine
Aperturblende 6 und eine Bildfeldblende 7 dargestellt.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist
als Beispiel die Anordnung der Stablinsen in einer einzigen
Reihe gezeigt.
Die Stablinsen können jedoch auch in Doppelreihen angeordnet werden,
wobei ein gegenseitiger Versatz der einzelnen Reihen
vorteilhaft ist.
Claims (5)
1. Linsenrasterobjektiv zur Abbildung einer auf einer Objektfläche
angeordneten Vorlage mittels einer Vielzahl von Abbildungssystemen,
die in einer vorbestimmten Richtung nebeneinander
angeordnet sind und jeweils einen Teilbereich der
Vorlage abbilden, mit einem Planspiegel, der in der Bildebene
der Abbildungssysteme angeordnet ist und auf dem mittels der
Abbildungssysteme ein Zwischenbild der Vorlage erzeugt wird,
das anschließend wiederum mittels der Abbildungssysteme auf
eine Projektionsfläche projiziert wird, und mit einem Trennspiegel,
der lichteintrittsseitig vor den Abbildungssystemen
den Objekt- vom Bildstrahlengang trennt,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abbildungssystem aus einer
einzigen Stablinse (3) besteht, die an ihren beiden axialen
Enden eine Linsenfläche aufweist, wobei das Abbildungssystem
folgenden Bedingungen genügt:
in denen
r₁ den Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche,
r₂ den Krümmungsradius der bildseitigen Linsenfläche,
d′₁ die axiale Länge der Stablinse,
R₁ den wirksamen Durchmesser der Stablinse,
R₀ die Größe der Vorlage,
n′₁ den Brechungsindex des Werkstoffs der Stablinse bezüglich einer Konstruktionswellenlänge,
β₁ die Lateralvergrößerung bzw. den Abbildungsmaßstab der Stablinse,
S₁ den Abstand der Vorlage zur objektseitigen Linsenfläche der Stablinse,
S′₂ den Abstand des Zwischenbildes zur bildseitigen Linsenfläche der Stablinse und
Fe die objektseitige effektive F-Zahl der Stablinse repräsentieren und wobei K₁ = 0,9 und K₂ = 1,1 ist.
r₁ den Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche,
r₂ den Krümmungsradius der bildseitigen Linsenfläche,
d′₁ die axiale Länge der Stablinse,
R₁ den wirksamen Durchmesser der Stablinse,
R₀ die Größe der Vorlage,
n′₁ den Brechungsindex des Werkstoffs der Stablinse bezüglich einer Konstruktionswellenlänge,
β₁ die Lateralvergrößerung bzw. den Abbildungsmaßstab der Stablinse,
S₁ den Abstand der Vorlage zur objektseitigen Linsenfläche der Stablinse,
S′₂ den Abstand des Zwischenbildes zur bildseitigen Linsenfläche der Stablinse und
Fe die objektseitige effektive F-Zahl der Stablinse repräsentieren und wobei K₁ = 0,9 und K₂ = 1,1 ist.
2. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Planspiegel (4) eine Bildfeldblende (7)
vorgesehen ist.
3. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Trennspiegel von einem halbdurchlässigen Spiegel
(2) gebildet ist, der unter einem Winkel von 45° zur
optischen Achse (8) zwischen der Objektfläche (1) und der
Stablinse (3) angeordnet ist.
4. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Trennspiegel einen zur optischen
Achse geneigt angeordneten ersten Spiegel (11), der die von
der Objektfläche (1) ausgehenden Lichtstrahlen in die Stablinse
(3) umlenkt und einen zur optischen Achse geneigt
angeordneten zweiten Spiegel (12, 13) aufweist, der die am
Planspiegel (4) reflektierten und die Stablinse (3) durchdringenden
Lichtstrahlen auf die Projektionsfläche (5)
richtet.
5. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste (11) und der zweite Spiegel (12, 13) auf
unterschiedlichen Oberflächen eines Prismenblocks (10)
ausgebildet sind.
Applications Claiming Priority (1)
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1980
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Also Published As
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