DE2550114A1

DE2550114A1 - Optisches system mit veraenderbarem abbildungsmasstab zum projizieren eines bildes von einer feststehenden gegenstandsebene auf eine feststehende bildebene

Info

Publication number: DE2550114A1
Application number: DE19752550114
Authority: DE
Inventors: George R Simpson
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-11-11
Filing date: 1975-11-07
Publication date: 1976-05-20
Also published as: US3947188A; FR2290681B1; FR2290681A1; JPS5170634A; GB1523289A; DE2550114C2; CA1039093A; NL7512748A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

CW=L-INe

H. KINKELDEY

DR-INQ

W. STOCKMAIR

«1-IN& AeE (CALTCCH

K. SCHUMANN

2r ρ A ^ s4 a DR RER NATDrPL-PHVS

30V \ \H P. H. JAKOB

ÖPL-ING.

G. BEZOLD

DR. HFRNaT DtPL-CHEM

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DfI BEB CSC ING

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

LINDAU

7. November 1975

XEROX CORPORATION

Xerox Square

Rochester, N.Y. 14644 /USA

Optisches System mit veränderbarem Abbildungsmaßstab zum Projizieren eines Bildes von einer feststehenden G-egenstandsebene auf eine feststehende Bildebene»

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 Projektionsobjektives·

Die Erfindung ist für die Verwendung in einem Photokopiergerät bestimmt, jedoch beschränkt sich ihre Nützlichkeit nicht auf diesen Anwendungsbereich.

609821/0892

TELEFON (089)222863 TELEX O5-29S8O TELEGRAMME MONAFAT

In Photokopiermaschinen wird 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. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese in Verbindung mit einer Anordnung erläutert, in der ein bewegtes Objekt über eine feststehende Beleuchtungseinrichtung läuft und auf einem Bildträger abgebildet wird, der sich synchron mit dem Objekt bewegt. Dieser Teil der Beschreibung ist lediglich Hintergrund der Erfindung und nicht Bestandteil derselben.

Es sind bereits Projektionssysteme in verschiedenen Formen im Gebrauch, die einen veränderbaren Abbildungsmaßstab vorsehen. Eine bekannte Lösung ist 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 Konjugierten zu kompensieren. Bei solchen Systemen ist es im allgemeinen notwendig, die Abbildungslinse zu verstellen. Außerdem ist es manchen solchen Systemen eigen, daß die optische Achse seitliche Versetzungen oder Kippungen erfährt, die kompensiert werden müssen.

Die Erfindung will ein Projektionssystem mit veränderbarem Abbildungsmaßstab schaffen, das zwischen feststehenden konjugierten Ebenen arbeitet und keine Bewegung der optischen Achse benötigt. Sie ist ferner auf ein Projektionssystem der genannten Art gerichtet, bei dem weder eine Bewegung der optischen Achse noch eine Verschiebung des Projektionsobjektivs erforderlich ist«

Um dies zu erreichen, sieht die Erfindung bei einem optischen

609821 /0892 .

25501H

System der eingangs beschriebenen Art zwischen der Gegenstandsebene und der Bildebene einen ersten Dachkantspiegel vor, der die optische Achse um 90° umlenkt, dann das Projektionsobjektiv und einen zweiten Dachkantspiegel, der die optische Achse um 90° umlenkt. Durch eine Bewegung des einen oder anderen Dachkantspiegeis oder beider Dachkantspiegel entlang einer 45°-Achse zur optischen Achse wird der konjugierte Abstand (Gegenstandsweite bzw. Bildweite) nach Wunsch auf jeder Seite des ^rojektionsobjektivs verändert, ohne daß die optische Achse seitlich verschoben oder gekippt wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

3?ig.1 ein optisches Schema, das einen Seitenriß eines erfindungsgemäßen optischen Systems zeigt}

Pig.2 ein optisches Schema einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Pig.3 die Skizze eines Fünfkantprismas, das in der praktischen Ausführung der Erfindung verwendbar ist.

]Pig.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 optischen Achse 8 verschieblich, um eine Abbildung des Originals 10 in die Bildebene 6 zu projizieren. Eine rotierende photoleitende Trommel 14 oder eine sonstige bewegbare 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 pho-

6Ό9821/0892

2530114

toleitenden 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°~Dachkantspiegel 20 auf der Gegenstandseite eines Objektivs 12 und ein 45°- Dachkantspiegel 22 auf der Bildseite des Objektivs 12. Der Daehkantspiegel 20 hat eine solche lage, daß seine Mittellinie oder Symmetrieaoh.se 24 -unter 45° zur optischen Achse 8 verläuft. Auch der Dachkantspiegel 22 ist so angeordnet, daß seine Achse 26 unter 45° zur optischen Achse 8 verläuft. Jeder Dachkantspiegel 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 OABLXYI die Summe der Wege von 0 (Gegenstand) nach A (Spiegel), nach B (Spiegel), nach I (Objektiv), nach X (Spiegel), nach Y (Spiegel), nach I (Bild).

In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Anordnung haben die-Dachkantspiegel 20 und 22 eine solche Lage, daß für den Abbildungsmaßstab 1:1 die Gegenstandskonjugierte gleich der Bildkonjugierten ist. In anderen Worten, die Gegenstandsweite OABL ist gleich der Bildweite LXYI₀

Die Gesamtkonjugierte (TC) des Objektivs 12 ist gleich der Summe seiner Gegenstandskonjugierten (S) und seiner Bildkonjugierten (S¹).

Die Gegenstandskonjugierte S wird durch die Gleichung (1)

S = -^- f ausgedrückt, worin m = Abbildungsmaßstab

oder Vergrößerung ^? f = Objektivbrennweite

Die Bildkonjugierte S^f wird durch die Beziehung (2) ausgedrückt:

S' = (m+1) f.

Die Gesamtkonjugierte wird durch die folgende Beziehung aus-

609821/089 2

2 '■':■ .3 O 1 1 4

gedrückt:

±l + (_m+i)f= %^f (3)

Beim Abbildungsmaßstab 1:1 des Objektivs 12 (ausgezogene li nien) ist TG = 4f, S = 2f, und S' = 2f.

Wenn der Abbildungsmaßstab geändert werden soll, gibt die obige Gleichung (3) die Parameter der Gegenstandskonjugierten, der Bildkonjugierten und der Gesamtkonjugierten an, die für das gewünschte Resultat erforderlich sind. Als Beispiel wird ein gewünschter Vergrößerungsmaßstab von 0,5 mal in Gleichung (3) eingesetzt und ergibt als notwendige Parameter TC=4,5f, S=3f und S'=1,5f· Die Änderung von S beim Wechsel der Vergrößerung von 1fach auf i/2fach ist gleich 1f, ein absoluter V/ert, da f konstant ist. Ähnlich ist die Änderung von S¹ von 1facher auf einhalbfache Vergrößerung gleich 0,5f.

Die Gegenstandskonjugierte S und die Bildkonjugierte S¹ können verändert werden, um die obigen Bedingungen zu erfüllen, indem die Dachkantspiegel 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_Q des Dachkantspiegeis der Beziehung entspricht: AS = D₀ V~2\ Entsprechend gilt für die Änderung der Bildkonjugierten S¹ durch eine Verschiebung des Dachkantspiegeis um D₁ die Beziehung: ÄS¹ = D_± ψΈ₀

Durch Umformen der Ausdrücke findet man für die erforderliche Verschiebung des dingseitigen Dachkantspiegels 20, um ein gewünschtes As zu erzielen: As/Vl?. Entsprechend ist die erforderliche Verschiebung des bild seitigen Dachkantspiegeis 22 zum Erzielen eines gewünschten ÄS' gleich ÄS¹/V?. Die Werte von

As und ÄS¹ kann man wiederum aus der lösung der Gleichung (3) und eine Rechnung mit dem eingesetzten Wert von f ableiten_o

609821/0892
ORIGINAL INSPECTED

2550ΊΗ

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

Aus den !ig. ist ersichtlich, daß in jeder Position des dingseitigen Dachkantspiegels 20 entlang seiner Symmetrieachse 24-die optische Achse OA mit OA¹ zusammenfällt und BL mit B¹L. Auch für jede Position des bildseitigen Dachkantspiegeis 22 auf seiner Achse 26 fällt die optische Achse LX mit LX' und YI mit Y¹I zusammen.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, das Objektiv entlang der optischen Achse zu verschieben und in Verbindung mit dieser Objektivbewegung nur den einen oder den anderen Dachkantspiegel 20 oder 22 zu bewegen. Die notwendigen Bewegungen werden durch die vorstehende Gleichung (3) vorgeschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den möglichen Vorzug, daß nur eine Spiege!einrichtung bewegt wird und daß die erforderliche Verschiebung dieser Spiegeleinrichtung kleiner ist als in dem Fall, wenn das Objektiv stationär bleibt,

Eine dritte Ausführungsform bietet die Möglichkeit, daß sich das Objektiv 12 und beide Dachkantspiegel 20 und 22 unabhängig voneinander entlang ihren Achsen bewegen können. 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 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 Photokopier-

609 82 1/0892
ORIGINAL INSPECTED

system 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 der eine oder der andere Dachkantspiegel durch einen einfachen Planspiegel ersetzt wird. 3?ig.2 zeigt eine schematische Darstellung eines direkten Abbildungssystems mit drei Reflexionen. Bei dieser Anordnung bleibt der Planspiegel 28 ortsfest und der einzige Dachkantspiegel wird bewegt, um die gewünschte Änderung des Abbildungsmaßstabes zu bewirken. Selbstverständlich kann die in Pig.2 gezeigte Anordnung der Spiegel vertauscht werden. Der Planspiegel 28 ist hier auf der Bildseite des Objektivs gezeigt, er kann aber ebenso gut dingseitig vorgesehen sein, wobei dann der Dachkantspiegel auf der Bildseite liegen würde.

In allen vorstehend beschriebenen Modifikationen ist es nicht wesentlich, ob sich ein Dachkantspiegel bewegt oder ob sich zwei Dachkantspiegel bewegen oder ob sich beide Dachkantspiegel und das Objektiv bewegen. Dies wird durch die Präge entschieden, wie die Bedingungen der Gleichung (5) zu erfüllen sind. Die wesentlichen Punkte sind, daß durch die Bewegung dieser verschiedenen Elemente die optische Achse nicht seitlich verlagert oder gekippt wird und daß die Gegenstandsebene und die Bildebene nicht bewegt werden müssen.»

Ein weiterer Vorteil des 45°-Dachkantspiegeis (oder eines 3?ünfkantprismas) ist, daß er den einfallenden Lichtstrahl ohne Rücksicht auf die Orientierung der Dachkante um 90° umlenkt. Das bedeutet, die Dachkante kann relativ zur Achse (24 oder 26) geneigt sein und trotzdem lenkt der Spiegel die optische Achse um 90° um. Dadurch wird in der Praxis die Justierung u.dgl. erleichtert.

Ein weiterer aus der beschriebenen Anordnung gezogener Vorteil ist, daß die Bewegung jedes Dachkantspiegels entlang einer

609821/0892

einzigen Achse (24» 26) erfolgt. Dies ist mechanisch einfacher zu bewerkstelligen als eine kombinierte x-y-Bewegung zweier Spiegel oder eine x-y-z-Bewegung dreier Spiegel«

Die Erfindung ist in Verbindung mit einem Abtastsystem beschrieben worden; doch ist dies nur zur bequemeren Darstellung geschehen. 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, dessen Position relativ zur optischen Achse 8 der Position des Dachkantspiegels 20 in Mg.2 und 2 entspricht. Ein solches Prisma kann als volles Äquivalent für die Spiegel 20 und 22 verwendet'werden. Der Ausdruck "Dachkantreflektor" in den Ansprüchen soll auch ein solches Prisma einschließen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, vielmehr soll der Erfindungsgedanke und der Umfang der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche und deren für den Fachmann offensichtliche Äquivalente gegeben sein.

609 821/0892

Claims

Patentansprüche

Ί.) 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, gekennzeichnet durch einen Dachkantreflektor zum Umlenken der optischen Achse um 90°, der entlang einer Reflektorachse bewegbar ist, die unter 45° zur optischen Achse verläuft, wodurch die optische Achse in ihrer Länge verändert wird ohne eine seitliche Verlagerung oder Kippung derselben·

2» Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsobjektiv zur Anpassung an den geänderten Abbildungsmaßstab entlang der optischen Achse bewegbar ist.

3. Optisches System mit veränderbarem Abbildungsmaßstab zum Projizieren eines Bildes entlang einer optischen Achse von einer feststehenden Gegenstandsebene auf eine feststehende Bildebene mit Hilfe eines Projektionsobjektives, gekennzeichnet durch

einen dingseitigen Dachkantreflektor (20) auf der Gegenstandseite des Projektionsobjektivs (L), der die optische Achse (8) um 90° umlenkt und entlang einer Reflektorachse (24) bewegbar ist, die unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse (8) verläuft, wodurch der Abschnitt der optischen-Achse zwischen der Gegenstandsebene (4) und dem Projektionsobjektiv (L) in seiner Länge verändert wird, ohne seitlich verlagert oder gekippt zu werden, und einen bildseitigen Dachkantreflektor (22) auf der Bildseite des Projektionsobjektivs (L), der die optische Achse (8) um 90° umlenkt und entlang einer Reflektorachse (26) verschieblieh ist, die unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse (8) verläuft, wodurch der Abschnitt der optischen Achse zwischen dem Projektionsobjektiv (L) und der Bildebene (6) in seiner Länge verändert wird, ohne seitlich

609821/0892

verlagert oder gekippt zu werden,

wodurch die Gegenstandsweite (OL) und die Bildseite (Ll) entsprechend den Anforderungen eines anderen Abbildungsmaßstabes verändert werden.

4. Optisches System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsobjektiv (L) zusätzlich zu den Dachkantreflektoren (20, 22) verschieblich ist, um die Anforderungen unterschiedlicher Vergrößerungen zu erfüllen_o

609821/0892

Leerseite