DE2851327C2 - Optisches Mehrachsenobjektiv für einen optischen Lesekopf in einem Faksimilesystem - Google Patents
Optisches Mehrachsenobjektiv für einen optischen Lesekopf in einem FaksimilesystemInfo
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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
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 A1Bx
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
π
4.76
5,20
0,44
23,83
1,529
1,612
0,1721
0,0195
0,1916
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
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
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
7,13
0,32
17,87
1,471
1,795
0,0725
0,0198
0,0923
11,3
7,73
0,30
7,73
0,30
16,57
1,459
1,826
0,0592
0,0199
0,0791
1,459
1,826
0,0592
0,0199
0,0791
13,45
8,38
0,27
8,38
0,27
15,34
1,449
1,851
0,0485
0,0199
0,0684
1,449
1,851
0,0485
0,0199
0,0684
16
9,09
0,25
9,09
0,25
14,19
1,439 1,874 0,0397 0,0200 0,0597
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,
2R = 2,3 mm,
π = 1,483,
N - 1,76,
D (Abstand zwischen dem Objekt und dem Bild)
Λ 17,10 mm
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
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 (7)
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:
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 1978-11-29 SE SE7812291A patent/SE433982B/sv not_active IP Right Cessation
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