DE2851327C2

DE2851327C2 - Optisches Mehrachsenobjektiv für einen optischen Lesekopf in einem Faksimilesystem

Info

Publication number: DE2851327C2
Application number: DE2851327A
Authority: DE
Inventors: Claude Ozouer-le-Voulgis Hily; Jean-Jacques Paris Hunzinger
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1982-10-07
Also published as: GB2009441A; IT7830354A0; IT1100407B; AU4209478A; ES475563A1; FR2410831A1; FR2410831B1; JPS5485740A; GB2009441B; SE7812291L; DE2851327A1; SE433982B; US4208088A; CA1115569A; JPS587976B2; AU519186B2

Description

0,8 R<r+e<R 0<e<0,2/·.

Die Erfindung betrifft ein optisches Mehraehsenob' jektiv gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Ein solches Mehrachsenobjektiv ist aus der GB-PS 62 085 bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem solchen Mehrachsenobjektiv Fehler, wie Astigmatismus, Koma und chromatische Queraberration, weitge hend zu beseitigen bei einem weitgehend einheitlichen Beleuchtungspegel des Bildfeldes. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform sines elementaren optischen Systems, Kugeltrio genannt Fig.2 in der Perspektive eine Ansicht eines

ίο Mehrachsenobjektivs nach der Erfindung.

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform eines elementaren optischen Systems.

In Fig. I bezeichnen die Zahlen 11, 12 und 13 drei kugelförmige Linsen (Kugeln) eines Kugeltrios nach der

is Erfindung. Die Eingangsünse an der Seite des Objekts ist mit 11, die Zentrallinse mit 12 und die Ausgangslinse an der Bildseite mit 13 bezeichnet Die entsprechenden Mitten der erwähnten Linsen sind mit C₁, C₂, C₃ bezeichnet und befinden sich auf der Achse 14. Als Beispiel sind in Fig. 1 Linsen mit gleichem Durchmesser dargestellt, die sich berühren. Im weiteren wird erläutert, daß das keine absolute Bedingung ist Nur die äußeren Kugeln müssen gleiche Abmessungen und den gleichen Brechungsindex aufweisen und sich in gleichen

Abständen von der Zentralkugel befinden.

Eine Anzahl dieser Kugeltrios wird so zusammengebracht, daß ihre Achsen parallel verlaufen (siehe F i g. 2). Im dargestellten Beispiel liegen die Achsen 20,21,22,23 und 24 in der gleichen Ebene, so daß die Objektlinie 28 und die Bildlinie 29 Gerade sind. Die Mitte der Eingangslinse, der Zentrallinse und der Ausgangslinse liegen auf den Linien 25, 26 bzw. 27, die senkrecht auf den optischen Achsen der Kugeltrios stehen. Im allgemeineren Fall, bei dem die Achsen der Kugeltrios

•35 nicht in der gleichen Ebene liegen, würden die Bildlinie und die Objektlinie zwei parallele gekrümmte Linien sein.

Um nach der Bedingung der Erfindung das Überlappen der Bildflächen der elementaren optischen Systeme zu ermöglichen, um auf diese Weise die Anzahl der Systeme zu beschränken, arbeitet jedes Trio mit einer Vergrößerung +1. Die Linse 11 bildet in einer senkrecht auf der optischen Achse 14 stehenden Äquatorialfläche der Zentrallinse 12 eine Strecke AB der Objektlinie 28 (Fig. 1) ab. Dieses Bild ist als A¹B_x dargestellt Es ist das Bild, das entstehen würde, wenn die Linse 12 nicht vorhanden wäre. Durch den Einfluß der Linse 12 wird in der Wirklichkeit das Bild A'B' gebildet Aus diesem Bild formt die Linse 13 das Bild

so A"B" der Bildlinie 29. Die Linienabschnitte AB und A "ö"sind gleich und haben die gleiche Richtung. Da das Zwischenbild A'B\ in der Mitte der Zentrallinse 12 angeordnet ist, arbeitet sie als stigmatische, aplanatische Linse. Außerdem behebt die Linse 12 die Bildkriim mung. Um die äußeren Kugeln 11 und 13 ohne Astigmatismus, Koma und chromatische Queraberration arbeiten zu lassen, wird der Öffnungswinkel eines aus einem Objektpunkt herrührenden Nutzstrahls zu einem dünnen Strahlenbündel begrenzt, dessen mittle rer Strahl durch die Mitte der ersten Kugel und durch die Mitte der dritten Kugel geht Dieses Ergebnis wird einerseits dadurch erhalten, daß die Linse 12 die Mitten C\ und Cj miteinander koppelt, wobei diese Linse also die Funktion einer Feldlinse erfüllt, und zum anderen durch das Einführen einer Pupille, die die öffnung des Nutzbündels begrenzt. Da diese Pupille nicht durch die öffnung einer in der Mitte der Linse 11 angeordneten Blende gebildet werden kann, wird sie durch zwei

Fenster 15 und 16 erhalten, die symmetrisch in bezug auf den Eingang und auf den Ausgang des Kugeltrios angebracht sind. Für den Punkt B des Linienabschnitts AB begrenzen diese Fenster das dünne schraffierte Lichtbündel mit dem mittleren Strahl 19 und mit den äußeren Strahlen 17 und 18, von denen der erste den Oberrand des Eintrittsfensters 15 und der andere den Oberrand des Austrittsfensters 16 streift Durch die Fenster arbeitet das Kugeltrio in bezug auf den Punkt B mit der wirksamen Eingangspupille 10 und mit der wirksamen Ausgangspupille 9, von denen sich die erste (10) in der Mitte Q und die andere (9) in der Mitte C₂ befinde;. Die wirksame Fläche der Eingangspupille ist variabel. Die erwähnte Fläche ist kleiner bei sich vergrößerndem Winkel des mittleren Strahles (Vignettierung). Der Beleuchtungspegel des Bildfeldes eines Kugeltrios ist also nicht einheitlich. Für ein Mehrachsenobjektiv, bestehend aus Kugeltrios, kann ein einheitlicher Beleuchtungspegel über eine geeignete Bemessung des Durchmessers der Kugeln im Zusammenhang mit der größten Abmessung AB=y (Grenzfeld) des von einem einzigen Trio darzustellenden Objekts erhalten werden. Es hat sich herausgestellt, daß c.n gutes Ergebnis erreicht werden kann, wenn das Verhältnis zwischen dem Grenzfeld y und dem Radius R der äußeren Kugeln linear ist: y=ocR. Die Konstante λ ist von der Form der Fenster abhängig und beträgt für kreisförmige Fenster etwa 23· Eine Abweichung in Höhe von 5% gibt immer noch eine zulässige Homogenität des Beleuchtungspegels.

Die endgültige Bemessung des Mehrachsenobjektivs wird einerseits bedingt durch das Öffnungsverhältnis A eines jeden Kugeltrios, welche die Brechungsindices η und N der äußeren Kugeln bzw. der Zentralkugel bestimmt und andererseits durch die gewünschte Auflösung, die den Absolutwert des Radius R festlegt

Einige Zahlenbeispiele sind in nachstehender Tabelle gegeben, in der die unterschiedlichen Symbole folgende Bedeutung haben:

ω (Grad)
π

4.76
5,20
0,44
23,83
1,529
1,612
0,1721
0,0195
0,1916

5,66
5,63
0,41
22,23
1,513
1,670
0,1366
0,0196
0,1562

6,73
6,08
0,38
20,70
1,497
1,719
0,1098
0,0196
0.1294

R: Krümmungsradius, der in diesem Fall gleich der für die drei sich berührenden Kugeln ist

n: Brechungsindex des Materials der zwei äußeren Kugeln.

N; Brechungsindex des Materials der Zentralkugel.

p: Axialer Abstand zwischen dem Objekt und der Mitte der ersten Kugel, welcher Abstand gleich dem Abstand zwischen der Mitte der dritten Kugel und dem Bild ist

y. Lineare Abmessung des Feldes eines jeden Kugeltrios, gemessen von der optischen Achse.

q: Radius der Fensteröffnung.

ω: Feld winkel (Objekt oder Bild).

A: Kehrwert des Öffnungsverhältnisses bezogen auf den Objektabstand.

ta: Durchmesser des sphärischen Aberrationslichtflekkes.

te Durchmesser des chromatischen Aberrationslichtfleckes.

t: Durchmesser des Gesamtaberrationslichtfleckes.

Zwischen den erwähnten Symbolen !>eftehen folgende Zusammenhänge:

_ν=23Λ·! + -L = Ιίϋ—11- ρ 2R nR '

= fcosiy- -j-Zl

te =

4RAn 1

(3n-uY A'

wobei Δ η die Brechungsindexänderung im Nutzspektrum ist.

6,59 0,35 19,25 1,483 1,760 0,0890 0,0197 0,1087 9,51
7,13
0,32
17,87
1,471
1,795
0,0725
0,0198
0,0923

11,3
7,73
0,30

16,57
1,459
1,826
0,0592
0,0199
0,0791

13,45
8,38
0,27

15,34
1,449
1,851
0,0485
0,0199
0,0684

16
9,09
0,25

14,19
1,439 1,874 0,0397 0,0200 0,0597

Die Verwendung dieser Ergebnisse führt zu folgenden Ausführungsbeispielen, die einem Aberrationslichtfleck von 0,125 mm entsprechen, der eine Auflösung in der Größenordnung von 8 Punkten pro Millimeter zuläßt

Bei einem Wert A—% folgt aus der Spalte 4 der Tabelle:

'Ir = 0,1087, aus der folgendes hervorgeht:
2R = 2,3 mm,
π = 1,483,
N - 1,76,

D (Abstand zwischen dem Objekt und dem Bild)
Λ 17,10 mm

0,0791, aus dem sich ergibt:

3.16,

1,459,

1,826 und

19,46 mm

60

65

Bei einem Wert A = 11,3 ergibt die Spalte 6 folgende Werte:

Diese Beispiele ergeben einerseits, daß die Kugeln nach der Erfindung / bmessungen haben, die eine leichte Handhabung ermöglichen, und andererseits, daß die Brechungsindices der Werkstoffe der Kugein den Brechungsindices üblicher Glasarten entsprechen.

Nach einer Abwandlung der Erfindung haben nur die äußeren Kugeln der Kugeltrios gleichen Durchmesser 2 R, während der Durchmesser 2 r der Zentralkugel kleiner als 2 R, und zwar so ist, daß der Abstand zwischen den äußeren Kueeln etwas fhis 711

geringer als ihr Durchmesser ist. Hierdurch ist es möglich, den Abstand zwischen dem Objekt und dem Bild zu vergrößern, wodurch die Beleuchtung des Dokuments in einem Lesekopf für Faksimile erleichtert wird. Außerdem hat es sich erwiesen, daß für die Zentralkugel in diesem Fall eine Glasart benutzt werden kann, deren Brechungsindex geringer als der in der vorangehenden Tabelle ist, d. h. es ist möglich, eine üblichere und preisgünstigere Glasart zu verwenden. .

Bei einem verringerten Durchmesser der Zentralkuge'f und einer Verringerung des Abstandes zwischen den äußeren Kugeln kann außerdem gemäß F i g. 3 zwischen der Zentralkugel 12 und den benachbarten Kugeln 11 und 13 ein geringerer Luftabstand c verwirklicht werden, ohne daß dabei die Wirkung des Kugeltrios gestört wird. Nach dieser Abwandlung sind die Größen von R₁ r und e derart, daß folgenden Ungleichheiten entsprochen wird:

0,9 R<r+e<
0<c<0,2r

Nach einer anderen Ausführungsform werden die Fenster durch Rechtecke gebildet, deren zwei Seiten parallel zur Objektlinie 28 verlaufen. In diesem Fall ist der Wert von λ in der Formel y=<xR ungefähr gleich 2. Auch hier ist eine Abweichung bis zu 5% zulässig.

Es ist möglich, eine Anzahl mehrachsiger Objektive nach Fig. 2 in Schichten übereinander anzuordnen, so daß eine Anzahl der Objektlinien mit einer entsprechenden Anzahl von Bildlinien gekoppelt wird.

Hierzu I l?!;itt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Mehrachsenobjektiv mit einer langgestreckten Form für die Formung eines linienförmigen Bildes, bestehend aus einer Anzahl nebeneinander angeordneter einachsiger optischer. Systeme, deren Achsen zueinander parallel verlaufen, wobei jedes optische Einachsensystem durch eine Einheit dreier optischer Elemente gebildet wird, deren Mitten sich auf einer Linie befinden, weiche Einheit in bezug auf die Mitte des zentralen Elementes sowohl hinsichtlich der Geometrie einschließlich des Objektabstandes und Bildabstandes als auch hinsichtlich der optischen Eigenschaften symmetrisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes optische Element aus einer Kugel aus optischem Material besteht, daß der Brechungsindex der Zentralkugel größer als der Brechungsindex der äußeren Kugeln und der Druchmesser der Zentralkugel höcbs'ens gleich dem Durchmesser der äußeren Kugeln ist und daß sich am Eingang und am Ausgang jeder Einheit ein Fenster befindet, das das Grenzfeld (y)der Einheit bestimmt, wobei zwischen dem Grenzfeld und dem Radius R der äußeren Kugeln die Beziehung y=ccR besteht, worin « eine Konstante ist, die von der Form der Fenster abhängig ist

2. Mehrachsenobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster kreisförmig sind und daß «-2,3 ±5%.

3. Mehrachsenobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster rechteckig sind und daß α=2 ±5%.

4. Mehrachsenobjektiv .lach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, t iß sich die Kugeln miteinander berühren und gleichen Durchmesser haben.

5. Mehrachsenobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kugeln miteinander berühren und daß der Durchmesser der Zentralkugel kleiner als der Durchmesser der äußeren Kugeln ist.

6. Mehrachsenobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kugeln nicht berühren und der Durchmesser der Zentralkugel kleiner als der Durchmesser der äußeren Kugeln ist.

7. Mehrachsenobjektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Radius R der äußeren Kugeln, dem Radius r der Zentralkugel und dem Luftraum e zwischen den Kugeln folgende Zusammenhänge bestehen: