DE2328286A1 - Repro-objektiv - Google Patents

Description

9050-73/H/RO.
U.K.Appln. No. 25792/72
Filed: June 2nd, 1972

THE RANK ORGANISATION LIMITED of Millbank Towerf Millbank, London S.W.I, England

Repro-Obj ektiv

Die Erfindung betrifft ein Repro-Objektiv mit einem sammelnden Inrienglied aus mehreren Linsen, die eine wenigstens ungefähr symmetrische Anordnung bezüglich eines zentralen Linsengliedes oder eines zentralen Luftraumes bilden.

Ein Repro-Öbjektiv, wie es beispielsweise in der Reprographie, für Kopiegeräte oder für ähnliche Zwecke verwendet wird, hat üblicherweise eine etwa einfache Vergrößerung. Für gewisse Zwecke kann jedoch auch eine geringere Vergrößerung von gewöhnlich mindestens 0,7 erforderlich sein. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, ein Repro-Objektiv mit veränderbarer Vergrößerung zu entwickeln.

Ein Repro-Objektiv mit fester Vergrößerung kann durch Zufügung von zwei oder mehr vergleichsweise schwachen Linsen abgewandelt werden, die gleichzeitig relativ zu ihm bewegbar sind und eine kontinuierliche Vergrößerungsänderung ermöglichen. Es ist aber schwierig, hierbei Aberrationen in befrie-

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digendem Maße zu kompensieren, ohne komplizierte Bewegungsbedingungen mittels entsprechend aufwendiger Antriebsmechanismen einzuhalten. Aus diesem Grund ist es üblich, die Vergrößerung eines Repro-Objektives durch Zusatzlinsen zu ändern. Mit einer gegebenen Kollektion von Zusatzlinsen läßt sich die Vergrößerung stufenweise ohne allzu große Aberrationsprobleme ändern. Ein Nachteil liegt aber darin, daß das Anbringen und die Entfernung der Zusatzlinsen mühsame und zeitraubende Vorgänge sind, und daß Probleme hinsichtlich der Bildfeldwölbung auftreten, die eine gewünschte Leistungsfähigkeit über den vollen Abbildungsbereich bei allen Vergrößerungen verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Reprο-Objektiv mit kontinuierlich änderbarer Vergrößerung anzugeben, das für ein stationäres Objekt eine konstante Bildebene hat. Insbesondere soll dieses Repro-Objektiv gute Aberrationseigenschaften haben, von einfacher Konstruktion sein und nur einen einfachen Antriebsmechanismus erfordern-, an dessen Präzision keine hohen Anforderungen zu stellen sind.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Repro-Objektiv der eingangs genannten Art dadurch, daß symmetrisch bezüglich des sammelnden Innengliedes vor bzw. hinter' diesem zwei im wesentlichen gleichartige (oder ähnliche) streuende Außenglieder angeordnet sind; daß das gesamte System des Objektives zur kontinuierlichen Änderung der Vergrößerung des Systems unter Konstanthaltung der Bildebene für ein stationäres Objekt längs der optischen Achse bewegbar ist und in Verbindung mit dieser Bewegung die Außenglieder in entgegengesetzt gleichem Maße relativ zum Innenglied nach außen oder nach innen verschiebbar sind und hierbei die Vergrößerung herabsetzen bzw. . erhöhen! und daß das Innenglied Parameter hat, die so gewählt sind, daß Restaberrationen der Außenglieder in allen Relativ-Positionen des Bewegungsbereiches weitgehend ausgeglichen werden.

Das Innenglied kann zwar die allgemeine Form einer bekannten Konstruktion eines festen Repro-Objektives haben.

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Während jedoch normalerweise ein solches festes Repro-Objektiv ■ selbstkorrigiert ist, werden erfindungsgemäß die Parameter (Krümmungsradien, Linsendicken, Brechungsindices und Abbesche V-Zahlen der verwendeten Materialien) des Innengliedes so gewählt, daß Restaberrationen der Außenglieder kompensiert werden.

Es wurde gefunden, daß die Verwendung von zwei symmetrisch angeordneten zerstreuenden (negativen) Außengliedern der Vorzug vor anderen möglichen Lösungen zu geben ist, wozu beispielsweise die Verwendung unsymmetrischer Zusatzlinsen oder sogar symmetrisch angeordneter Sammellinsen gehört. Es wurde jedoch ferner gefunden, daß die zerstruenden Außönglieder vorzugsweise eine minimale negative Vergrößerung oder Brechkraft haben, damit die erforderlichen Aberrationskorrekturen möglich sind, insbesondere durch Schaffung von sphärischen Restaberrationen und Komafehlern, die kompensierende Astigmatismusfaktoren darstellen. Vorzugsweise beträgt daher die Brennweite der Außenglieder numerisch zwischen dem fünffachen und zehnfachen der Brennweite des Innengliedes.

Das Hauptproblem, daß bei Verwendung von zwei äußeren Zerstreuungsgliedern speziell innerhalb des bevorzugten Brennweitenbereiches auftritt, besteht darin, bei sich ändernder Vergrößerung die gewünschte Stabilität der sphärischen Aberrationen zu erreichen. Damit diese Schwierigkeiten auf ein Minimum herabgesetzt werden und außerdem über den gesamten Bewegungsbereich eine Astigmatismusstabilität erreichbar ist, bestehen die Außehglieder vorzugsweise jeweils aus mindestens zwei Linsenelementen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Vergrößerung des gesamten Systems durch eine Bewegung der Außenglieder relativ zum Innenglied, die das 0,Ifache bis 0,2fache der Brennweite des Innengliedes beträgt, mindestens in einem Bereich von 0,75 bis 1,0 änderbar.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

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Fig. 1 eine praktische Ausführungsform im Axialschnitt;

Fig. 2 eine andere, bevorzugte Ausführungsform im Axialschnitt; und.

Fig. 3a bis 3f Aberrationsdiagramme, die zu der bevorzugten Ausführungsform gehören.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform hat das Reprο-Objektiv ein Innenglied IO und zwei Außenglieder 2O, 20a. Das Innenglied hat die allgemeine Form eines konventionellen Repro-Objektlves fester Vergrößerung mit vier Meniskuslinsen 11, lla und 12, 12a, die symmetrisch bezüglich einer zentralen Blende 13 angeordnet sind. Die beiden Meniskuslinsen auf jeder Seite der Blende sind zu dieser konkav gekrümmt. Die Innenlinsen des Innengliedes 10, d.h. die Meniskuslinsen 11, lla, sind einfache Sammellinsen. Die Außenlinsen, d.h. die Meniskuslinsen 12, 12a, sind dagegen jeweils zweiteilige Meniskusglieder kleiner Vergrößerung bzw. Brechkraft.mit praktisch ebenen Berührungsflächen. Der Luftraum zwischen den inneren und äußeren Meniskuslinsen 11 und 12 bzw. lla und 12a ist klein im Vergleich mit dem zentralen Luftraum des Innengliedes, in dem sich die Blende 13 befindet.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform kann das gesamte System zweckmäßig eine Gesamtkonjugation von 138,4 cm, ein Öffnungsverhältnis von F/1,2 und ein Bildfeld von + 18° haben. In diesem Fall hat das aus sechs Linsenelementen bestehende Innenglied zweckmäßig eine Brennweite von 25,4 cm und ein öffnungsverhältnis von F/9,5.

Die Außenglieder 20, 20a sind jeweils Zerstreuungsglieder, die sich symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten des Innengliedes 10 befinden. Darstellungsgemäß können sie jeweils aus einer einfachen Linse bestehen, doch ist zu bevorzugen, daß sie jeweils mindestens zwei Linsenelemente enthalten, die entweder einen LuftZwischenraum haben oder als (z.B. verkittetes) Verbundglied ausgebildet sind.

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Damit die Vergrößerung des Kopier- oder Repro-Objektives geändert wird, werden die Außenglieder 20,. 20a relativ zum Innenglied 10 in gleichem Maße, jedoch in entgegengesetzten Richtungen bewegt. Ausgehend von den (ausgezogen dargestellten) Innenpositionen nahe am Innenglied 10 bewegen sich die Außenglieder 20, 20a vom Innenglied weg nach außen (in die gestrichelt dargestellte Position), um die Vergrößerung des Gesamtsystems herabzusetzen. Dies geschieht in Verbindung mit einer Bewegung des gesamten Systems längs der optischen Achse. Unter der Annahme eines ortsfesten Objektes bleibt auch die Bildebene über den gesamten Bereich der Vergrößerungsänderung stationär.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ändert eine Gesamtbewegung jedes Außengliedes 20, 20a um 3,84 cm die Vergrößerung des Repro-Objektives zwischen 1,008 und 0,65, wenn die Brennweite jedes Außengliedes numerisch 180 cm beträgt.

Die Außenglieder sind vor allem so ausgebildet, daß die axiale Länge des gesamten Objektives in der Position maximaler Vergrößerung minimal ist, und daß über den gesamten Snderungsbereich der Astigmatismus korrigiert wird. Das Innenglied ist nicht selbstkorrigiert, sondern hat derart gewählte Parameter, daß die Aberrationsreste der Außenglieder über den gesamten Änderungsbereich korrigiert werden.

Die Daten der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Die Spalten der Tabelle bezeichnen der Reihe nach die (bei nach vorne konkavec Oberfläche negativ gerechneten) Oberflächenradien ^Rl' ^R2 ^usw· (^von vorne anjgezählt) ; dann die axialen Dicken der einzelnen Linsenelemente und die axialen Abstände zwischen den Linsen, mit d. , d, usw. bzw. S. ,. S-, usw. bezeichnet; und schließlich die Brechungsindices η der Materialien, aus denen die einzelnen Glieder bestehen.

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	Radius	Axiale Dicke oder Abstand	11,68	Brechungs- Index η
Rl	811,1	dl	5,08	1,53828
R2	-214,7	d2.	44,55 bis 73,60	1,52159
R3	126,4	Sl	19,94	1,0
R4	100,6	d3	6,80	1,63540
R5	-106,2	d4	11,39	1,54544
R6	973,9	S2	17,77	1/0
R7	-101,1	<V	11,39	1,54544
R8	101,1	S3	6,80	1,0
R9	-973,9	d6	19,94	1,54544
R10	106,2	d7	44,55 bis 73,60	1,63540
Rll	-100,6	S4	5,08	1,0
R12	„ -126,4	d8	11,68	1,52159
R13	214,7	d9		1,53828
R14	-811,1

Bei dieser Ausführungsform hat das Innenglied 30 die Form eines andersartigen konventionellen Repro-Objektives mit einer zentralen Zerstreuungslinse 31 und zwei äußeren zweiteiligen Sammellinsen 32, 32a, die symmetrisch vor bzw. hinter der zentralen Linse angeordnet sind. Die Außenglieder 40, 40a bestehen aus zweiteiligen Zerstreuungslinsen, die ihrerseits symmetrisch bezüglich des Innengliedes 30 angeordnet sind.

Wenn die Vergrößerung dies Repro-Objektives geändert werden soll, werden die Außenglieder 40, 40a bei gleichzeitiger Bewegung des gesamten Systems längs der optischen Achse um entgegengesetzt gleiche Beträge bezüglich des Innengliedes verschoben. Wenn die Außenglieder die in Fig. 2 ausgezogen dargestellte Position haben, beträgt die Vergrößerung des Gesamtsystems 1,000, während sie bei der gestrichelt dargestellten Position der Außenglieder 0,707 beträgt.

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"Fig. 3a bis 3c sind Aberrationsdiagramme für die Ausführung sform nach Fig. 2 für den Fall der Position maximaler Vergrößerung. Fig. 3d bis 3f sind entsprechende Diagramme für die Position minimaler Vergrößerung. Die Fig. 3a und 3d zeigen die sagittale und tangentiale Längsaberration; die Fig. 3b und 3e zeigen die axiale Aberration; die Fig. 3c und 3f zeigen die Queraberration. Die Skalenangaben der Diagramme beziehen sich auf Zollwerte.

Das Maß der erreichten Aberrationskorrektur ist im ganzen befriedigend. Folgende Verbesserungen sind jedoch noch möglich: Erstens hinsichtlich des Astigmatismus durch geringere Berichtigung der Parameter der Außenglieder; zweitens hinsichtlich N der* vorhandenen Überkorrektur der Petzval-Summe durch Berichtigung der Primärbildfeldwölbung des Innengliedes; und drittens hinsichtlich der sphärischen Restaberrätion durch Berichtigung des Primärbeitrages des Innengliedes. Die letztgenannte Berichtigung wird sphärische Restzonenfehler zur Folge haben, was · hauptsächlich am mangelnden Ausgleich im Innenglied liegt. Dies kann wiederum durch eine kleinere Abwandlung des Innengliedes korrigiert werden, insbesondere durch Erhöhung der Abstände S₂ und S^. Es ist aber auch möglich, für eine solche Abwandlung die axiale Dicke der zenträLen Linse des Innengliedes zu verkleinern, wodurch es gleichzeitig möglich wird, die Form des Sagittalfeldes in enge Übereinstimmung mit dem Tangentialfeld zu bringen. Als Teil der oben beschriebenen Abwandlungen kann ein kleines Maß an Asymmetrie des Innengliedes eingeführt werden.

Die beschriebenen Anordnungen haben den Vorteil, daß die baulichen Anforderungen an die Außenglieder nicht kritisch sind, so daß ein Antriebsmechanismus entsprechend geringer Präzision verwendet werden kann. Ein bevorzugter Antriebsmechanismus umfaßt insbesondere auf Führungsschienen gleitende konventionelle Schlitten mit Linearlagern und justierbaren elektro-mechanischen Anschlägen, so daß keine Präzisionsnocken oder Verhältnishebel erforderlich sind.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   lyi) Repro-Objektiv mit einem sammelnden Innenglied aus mehreren Linsen, die eine wenigstens ungefähr symmetrische Anordnung bezüglich eines zentralen Linsengliedes oder eines zentralen Luftraumes bilden, dadurch gekennzeichnet, daß symmetrisch bezüglich des sammelnden Innengliedes (10, 30) vor bzw. hinter diesem zwei im wesentlichen gleichartige streuende Außenglieder (20, 20a, 40, 40a) angeordnet sind; daß das gesamte System des Objektives zur kontinuierlichen Änderung der Vergrößerung des Systems unter Konstanthaltung der Bildebene für ein stationäres Objekt längs der optischen Achse bewegbar ist und in Verbindung mit dieser Bewegung die Außenglieder in entgegengesetzt gleichem Maße relativ zum Innenglied nach außen oder nach innen verschiebbar sind und hierbei die Vergrößerung herabsetzen bzw. erhöhen; und daß das Innenglied Parameter hat, die so gewählt sind, daß Restaberrationen der Außenglieder in allen Relativpositionen des Bewegung sbereiches weitgehend ausgeglichen werden.
2. 2.) Repro-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Innenglied (10, 30) den Aufbau eines festen Repro-Objektives hat, das. mit Ausnahme einer Abwandlung der Parameterwerte zur weitgehenden Kompensation von Aberrationsresten der Außenglieder (20, 20a, 40, 40a) im wesentlichen selbstkorrigiert ist.
3. 3.) Repro-Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Äquivalentbrennweite jedes Außengliedes (20, 20a, 40, 40a) das 5- bis 1Ofache der Äquivalentbrennweite des Innengliedes (10, 30) beträgt.
4. 4.) Repro-Objektiv nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Außenglied (40, 40a) wenigstens zwei Linsenelemente umfaßt.
5. 5.) Repro-Objektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver-

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   größerung des gesamten Systems des Objektives durch eine gleiche und entgegengesetzte Bewegung der Außenglieder (20, 20a, 40, 40a) relativ zum Innenglied (10, 30), die das 0,1- bis 0,2-fache der Brennweite des Innengliedes beträgt, mindestens in einem Bereich von 0,75 bis 1,0 änderbar ist.
6. 6.) Repro-Objektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenglied (30) zwei symmetrisch angeordnete sammelnde mehrlinsige Verbundglieder (32, 32a) enthält.
7. 7.) Repro-Objektiv nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichne t , daß die beiden Verbundglieder (32, 32a) symmetrisch bezüglich einer zentralen Zerstreuungslinse (31) angeordnet sind.

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