DE3026380C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Linsenrasterobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Linsenrasterobjektiv ist in der DE-OS 28 13 763 als bekannt ausgewiesen. Dieses bekannte Linsenrasterobjektiv setzt sich aus mehreren Einzel-Projektionssystemen zusammen. Jedes dieser Projektionssysteme besteht wiederum aus mehreren längs ihrer optischen Achse ausgerichteten Stablinsen. Die einzelnen Projektionssysteme bilden jeweils einen Teil eines Vorlagenbildes ab; aus den Einzelabbildungen setzt sich die Gesamtabbildung des Vorlagenbildes zusammen. Die Projektionssysteme sind zweireihig derart angeordnet, daß eine Reihe bezüglich der anderen versetzt ist. Ein solches Linsenrasterobjektiv ergibt eine kompakte Projektionsvorrichtung mit grundsätzlichen Vorteilen gegenüber anderen Projektionssystemen. Andererseits ist es erforderlich, die Einzel-Projektionssysteme zum Erhalten einer einwandfreien Abbildung sehr genau aufeinander abzustimmen. Schwierigkeiten treten häufig auch auf, wenn solche Linsenrasterobjektive widrigen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind, wie sie beispielsweise in einem Kopiergerät vorliegen, wodurch sich im Laufe der Zeit die Abbildungsqualität zusehends verschlechtert.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 29 51 452 ist ein ähnliches Linsenrasterobjektiv gezeigt, wie in der DE-OS 28 13 763. Um die Stablinsen der einzelnen Projektionssysteme in der richtigen Lage zu halten und um Streulicht abzuschirmen, sind die Stablinsen in ein lichtabschirmendes Vergußmittel eingebettet. Mit diesen Maßnahmen ergeben sich sehr gleichmäßige Leuchtdichteverteilungen über die gesamte Abbildung; problematisch ist es jedoch auch bei einem solchen Linsenrasterobjektiv, gute Abbildungseigenschaften auf lange Sicht insbesondere unter widrigen Bedingungen aufrechtzuerhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Linsenrasterobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß ein gegen Umgebungseinflüsse unempfindliches Linsenrasterobjektiv erhalten wird, das über die Gesamtabbildung auf Dauer eine vorlagengetreue Leuchtdichteverteilung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegegenen Merkmalen gelöst.

Erfindungsgemäß sind also die Projektionssysteme leicht justierbar und zuverlässig in Nutenblöcken gehalten. Der zwischen den Projektionssystemen liegende Bereich ist mit einem gummiartigen Material (Elastomer) ausgefüllt, das sowohl unerwünschtes Streulicht abschirmt als auch dauerhaft seine elastischen Eigenschaften beibehält. Die Verwendung des Elastomers hat gegenüber anderen Vergußmitteln den Vorteil, die in die beiden Nutenblöcke eingelegten, versetzt angeordneten Reihen der Projektionssysteme auch nach dem Zusammenbau noch gegeneinander verschieben zu können. Dieser Feinabgleich ermöglicht eine sehr genaue und gleichmäßige Übertragung der Leuchtdichteverteilung bei der Abbildung. Darüberhinaus fängt das Elastomer bei Temperaturänderung auftretende Dehnungen oder Stauchungen der Nutenblöcke auf und verhindert auf diese Weise eine Verschiebung der Stablinsen, so daß auf Dauer sehr gute Abbildungseigenschaften des Linsenrasterobjektivs aufrechterhalten bleiben. Zudem ermöglichen die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine kostengünstige Herstellung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch 2 angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Linsenrasterobjektivs.

Fig. 2A, 2B und 2C sind Ansichten zur optischen Beschreibung eines Projektionssystems.

Fig. 3A und 3B sind Ansichten zur optischen Beschreibung eines weiteren Projektionssystems.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Projektionssystems.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer Maske, die als ein Beispiel für eine Lichtabschirm-Vorrichtung vorgeschlagen wurde.

Fig. 6 bis 8 sind Ansichten von Ausführungsbeispielen von Linsenrasterobjektiv-Projektionsvorrichtungen.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Kopiergeräts, bei dem das Linsenrasterobjektiv verwendet wird.

In der Fig. 1, die ein Linsenrasterobjektiv in einer schematischen Ansicht zeigt, sind bildseitig erste Stablinsen 1 und objektseitig zweite Stablinsen 2 zu sehen, die im wesentlichen telezentrisch aufgebaut sind. Eine telezentrisch aufgebaute Linse zeichnet sich durch einen zur optischen Achse parallelen Austritts- oder Eintritts- Hauptstrahl aus. Die bildseitige Fläche der ersten Stablinse 1 und die objektseitige Fläche der zweiten Stablinse 2 sind so ausgebildet, daß sie eine Luftlinse bilden, wodurch sie durch das telezentrische System herbeigeführte Feldlinsen-Wirkung auf ein Maximum gebracht wird. Die erste Stablinse 1 und die zweite Stablinse 2 bilden ein axiales Elementar-Projektionssystem bzw. Linsensystem- Element 3. Jedes Projektionssystem 3 erzeugt ein aufrechtes gleich großes Bild einer Teilfläche einer Vorlagenebene 4 auf einer entsprechenden Fläche einer fotoleitfähigen Fläche 5, die die Projektionsebene bildet. Bei einem Kopiergerät mit Schlitzbelichtungs-Abtastung werden die Linsensystem-Elemente 3 in Schlitzlängsrichtung angeordnet. Vorzugsweise enthält die Anordnung mehrere Reihen derartiger Projektionssysteme in einer sog. versetzten Anordnung, bei der jede Reihe in bezug auf die Nachbarreihen um eine halbe Teilung versetzt ist, um damit bei der in der Abtastrichtung zeitlich integrierten Belichtung über der ganzen Schlitzlänge eine gleichförmige Verteilung zu erzielen. Die Fig. 1 zeigt eine versetzte Anordnung aus zwei Reihen. Die Vorlagenfläche 4 und die fotoleitfähige Fläche 5 werden mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in den durch Pfeile bezeichneten Richtungen verschoben.

Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Arten von Projektionssystemen bzw. Linsensystem-Elementen 3.

Die Fig. 2A ist eine erläuternde Darstellung, die die Parameter der Stablinsen zeigt. Zwischen der ersten Stablinse 1 und der zweiten Stablinse 2 wird ein umgekehrtes Zwischenbild 6 erzeugt. Verfolgt man den Lichtweg in der Fig. 2B, so sieht man, daß ein Abbildungs-Hauptstrahl 7 nach dem Austreten aus der zweiten Fläche der ersten Stablinse 1 zur optischen Achse parallel wird. Auf diese Weise wird ein Objekt 4′ schließlich als Bild 5′ scharf abgebildet. Gemäß der Darstellung in Fig. 2C ist die Lichtintensitäts-Verteilung in der Bildebene innerhalb eines vorbestimmten Breichs Φ₄ gleichförmig und nimmt in dem Umgebungsbereich allmählich ab, so daß sie in einem Bereich Φ₄₁ Null erreicht. Die Abszisse R in Fig. 2C stellt den Bildwinkel dar. Auf diese Weise kann an der Bildebene eine bestimmte Lichtintensitäts- Verteilung dadurch erzielt werden, daß die Projektionssysteme 3 in einem bestimmten Intervall angeordnet werden. Im folgenden werden die Parameter der Stablinsen ausführlich erläutert.

In den Fig. 2A und 2B ist angenommen, daß die erste Stablinse 1 eine objektseitige erste Fläche mit einem Krümmungsradius r₁, eine bildseitige zweite Fläche mit einem Krümmungsradius r₂ (der im dargestellten Fall negativ ist), eine axiale Dicke d₁′ zwischen der ersten und der zweiten Fläche längs der optischen Achse und einen Haupt-Brechungsindex n₁′ bei einer typischen Konstruktions- Wellenlänge hat. Der wirksame Durchmesser dieser Linse ist Φ₁, während die Größe des Objekts 4′ Φ₀ und die Größe des mittels der Linse erzeugten Zwischenbilds 6 Φ₂ ist. Ferner ist der Abstand von der ersten Fläche der Linse zu dem Objekt 4′ mit S₁ bezeichnet (und in dem dargestellten Fall negativ), während der Abstand von der zweiten Fläche der Linse zu dem Zwischenraum 6 mit S₂′ bezeichnet ist. Weiterhin ist die Quervergrößerung des Zwischenbilds 6 in bezug auf das Objekt 4′ β₁ = - |R₂/R₀|. Fe bezeichnet die objektseitige wirksame F-Zahl dieser Linse.

Die wirksame F-Zahl wird aus der Beleuchtungsbedingung bestimmt, nämlich aus:

Die Quervergrößerung β₁ (|β₁|< 1), die so festgelegt ist, daß ein Umfangsverlust des Teilbilds vermieden wird, der Abstand S₁ zu dem Objekt und der Abstand S₂′ zu dem Zwischenbild sind Parameter, die im voraus festgelegt werden können. Ferner kann der Haupt-Brechungsindex n₁′ durch die Wahl des Linsenmaterials bestimmt werden. Diese fünf Parameter Fe, β₁, S₁, S₂′ und n₁′ werden auf die folgende Weise bei der Theorie der idealen Abbildung zur Bestimmung der Krümmung r₁ der ersten Fläche der ersten Linse, der Krümmung r₂ der zweiten Fläche der Linse, der axialen Dicke d₁′, des wirksamen Durchmessers Φ₁ der Linse und des wirksamen Teildurchmessers Φ₀ des Objekts herangezogen:
Zunächst ergibt sich die Beziehung zwischen der Vergrößerung β₁ und den Linsenparametern aus der folgenden Gleichung:

in der

(Brechkraft der ersten Fläche)

(Brechkraft der zweiten Fläche)
und

ist.

Danach wird die Bedingung, daß der objektseitig in der Mitte der ersten Fläche eintretende Hauptstrahl 7 aus der zweiten Fläche parallel zur optischen Achse austritt, in Anbetracht des Umstands, daß diese Bedingung gleich derjenigen ist, daß die zweite Brennweite (1/ϕ₂) gleich e₁′ ist, durch die folgende Gleichung dargestellt:

In Anbetracht dessen, daß der unterste Strahl der Lichtstrahlen nach Durchlaufen der ersten Fläche längs des Rands der ersten Stablinse verläuft, der zur optischen Achse parallel ist, wird dann die Bedingung, daß der von dem Rand des Objekts mit dem wirksamen Durchmesser Φ₂ in die erste Linse eintretende Strahl nicht behindert wird, durch die folgende Gleichung dargestellt:

Schließlich wird zum Einhalten eines geeigneten Abstands S₂′ zwischen der zweiten Fläche der ersten Stablinse und der Lage des Zwischenbilds der folgende Zusammenhang gefordert:

S₂′ = β₁ × {(1 - ϕ₁e₁′) S₁ - e₁′} (5)

Das vorstehende Gleichungssystem der Gleichungen (1) bis (5) ergibt folgende Lösung:

Nunmehr wird die zweite Stablinse 2 mit den in Fig. 2A gezeigten Symbolen erläutert.

Es ist angenommen, daß die zweite Stablinse 2 eine objektseitige erste Fläche mit einer Krümmung r₃, eine bildseitige zweite Fläche mit einer Krümmung r₄ (die im dargestellten Fall negativ ist), eine Axialdicke d₂′ zwischen der ersten und der zweiten Fläche längs der optischen Achse und einen Haupt-Brechungsindex n₂′ für eine typische Konstruktions-Wellenlänge hat. Der wirksame Durchmesser dieser Linse ist mit Φ₃ bezeichnet, während die Größe des projizierten Bilds an der Bildebene in bezug auf die zweite Stablinse mit Φ₄ bezeichnet ist. Ferner ist der Abstand von der ersten Fläche dieser Linse zu dem Zwischenbild 6 mit S₃ bezeichnet (und im dargestellten Fall negativ), während der Abstand von der zweiten Fläche der Linse bis zu dem Projektionsbild mit S₄′ und die Quervergrößerung des projizierten Bilds 5′ in bezug auf das Zwischenbild 6 mit b₂ = - |Φ₄/Φ₂ | bezeichnet ist. Fe′ bezeichnet die bildseitige wirksame F-Zahl dieser Linse.

Die wirksame F-Zahl wird aus den Beleuchtungsbedingungen bestimmt gemäß:

Die Quervergrößerung β₂ (|β₂| < 1), die zur Vermeidung eines Umfangverlustes des Teilbilds festzulegen ist, der Abstand S₃ zu dem Zwischenbild und der Linsenabstand S₄′ zur Projektionsebene sind Parameter, die im voraus festgelegt werden können. Ferner kann der Haupt- Brechungsindex n₂′ durch die Wahl des Linsenmaterials bestimmt werden. Diese fünf Parameter Fe′, β₂, S₃, S₄′ und n₂′ werden in der Idealabbildungs-Theorie folgendermaßen zur Bestimmung der Krümmung r₃ der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2, der Krümmung r₄ der zweiten Fläche derselben, der Axialdicke d₂′, des wirksamen Durchmessers Φ₃ und des wirksamen Teildurchmessers Φ₄ des projizierten Bilds angewandt:
Zunächst ergibt sich der Zusammenhang zwischen der Quervergrößerung Φ₂ und den Linsenparametern durch die folgende Gleichung:

(Brechkraft der ersten Fläche)

(Brechkraft der zweiten Fläche)

und

ist.

Damit dann das Einfallsstrahlenbündel mit einem zur optischen Achse parallelen Hauptstrahl bezüglich des wirksamen Durchmessers Φ₃ der zweiten Stablinse diese wirkungsvoll durchlaufen kann, liegt die Austrittspupille vorzugsweise an der zweiten Fläche der zweiten Stablinse.

Da diese Erfordernis gleichwertig derjenigen ist, daß die Brennweite (1/ϕ₃) gleich e₂′ ist, kann die folgende Gleichung gewonnen werden:

In Anbetracht des Umstands, daß der unterste Strahl der Lichtstrahlen nach Durchlaufen der ersten Fläche längs des Rands der zweiten Stablinse 2 parallel zu der optischen Achse verläuft, kann die Bedingung, daß der in die zweite Stablinse 2 von dem Umfang des wirksamen Zwischenbild- Durchmessers Φ₂ her eintretende Strahl nicht behindert wird, durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

Schließlich ist zum Einhalten eines geeigneten Abstands S₃ zwischen der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2 und dem Zwischenbild die folgende Beziehung notwendig:

S₃ = 1/β₂ × {(1 - d₄e₂′) S₄′ + e₂′} (15)

Das vorstehende Gleichungssystem der Gleichungen (11) bis (15) ergibt folgende Lösung:

Auf diese Weise bildet bei dem Projektionssystem bzw. Linsensystem-Element 3 aus der ersten Stablinse 1 und der zweiten Stablinse 2 die erste Stablinse ein Zwischenbild 6 (Bilddurchmesser Φ₂) des Objekts 4′ (Objektdurchmesser Φ₀), während mit der zweiten Stablinse 2 das Zwischenbild 6 auf die Bildebene 5′ als aufrechtes Bild mit dem Durchmesser Φ₄ übertragen wird, ohne daß die Gleichförmigkeit der Lichtintensität verloren geht. Es ist jedoch anzumerken, daß die Beziehung β₁ × β₂ = +1, die die Bildvergrößerung "1" darstellt, erfüllt werden muß, damit mittels einer Anordnung mehrerer Projektionssysteme aus jeweils einer ersten und einer zweiten Stablinse das Bild der gesamten Objektebene richtig auf der Projektionsebene abgebildet werden kann. Folglich sind die erste und die zweite Stablinse so auszubilden, daß die folgende Gleichung erfüllt ist:

Bei dieser Anordnung ist es offensichtlich, daß Fe′ automatisch gleich Fe wird.

In Zusammenfassung gesehen werden somit bei dem Projektionssystem 3, das aus der ersten Stablinse 1 und der zweiten Stablinse 2 zusammengesetzt ist und das ein aufrechtes Bild mit der Bildvergrößerung "1" erzeugen kann, die Parameter β₂ und Fe′ der zweiten Stablinse 2 automatisch festgelegt, wenn die Parameter β₁ und Fe der ersten Stablinse 1 geeignet gewählt sind. Es ist jedoch anzumerken, daß voneinander unabhängig die anderen Parameter S₁, S₂′ und n₁′ der ersten Stablinse 1 und die Parameter S₃, S₄′, und n₂′ der zweiten Stablinse 2 geeignet gewählt werden können.

Im allgemeinen ist es aufgrund der Herstellung nicht erwünscht, die erste und die zweite Stablinse unterschiedlich zu gestalten, da dadurch zwei unterschiedliche Linsen hergestellt werden müssen.

Aus diesem Grund kann als Projektionssystem aus der ersten und der zweiten Stablinse ein koaxiales optisches System bzw. Element in Betracht gezogen werden, das zu der Zwischenbild-Ebene symmetrisch ist. Bei einem derartigen Aufbau kann die zweite Linse mit der ersten Linse identisch sein. Damit stehen die Parameter der zweiten Linse mit denjenigen der ersten Linse auf folgende Weise in Beziehung:

r₃ = - r₂, r₄ = - r₁, d₂′ = d₁′, n₂′ = n₁′, Φ₃ = Φ₁,
Φ₄ = Φ₀, β₂ = 1/β₁, S₃ = S₂′, S₄′ = -S₁, Fe′ = Fe;

dies läßt eine Vereinfachung des Projektionssystems zu.

Zusätzlich wurde durch Versuche festgestellt, daß die Parameter der ersten und der zweiten Stablinse gewisse Abweichungen in der Größenordnung von ± 10% gegenüber den Bedingungen gemäß den vorstehenden Gleichungen (6) bis (10) und (16) bis (20) haben dürfen, wie es im folgenden dargestellt ist:

wobei K₁ = 0,9 und K₂ = 1,1 gilt.

In der Zeichnung ist mit 6′ ein später erläuterter Zwischenring bezeichnet.

Ferner kann eine gleichförmige Lichtintensität mit maximalen Schwankungen von einigen Prozent dadurch erzielt werden, daß die Teilung P₁ der Anordnung der Projektionssysteme so gewählt wird, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

wobei Φ₀₁ das tatsächliche Objektfeld ist.

Nunmehr wird auf die Fig. 3A Bezug genommen, die ein weiteres Projektionssystem zeigt.

Bei dieser Ausführungsform werden die optischen System- Elemente, die jeweils an der Projektionsebene eine Lichtintensität in Gaußscher Verteilung zeigen, in einem vorbestimmten Intervall und in mehreren Reihen angeordnet, wodurch die wirksamen Objektfelder der Elemente einander wechselseitig überlappen, so daß sich eine im wesentlichen flache integrierte Lichtintensität über der ganzen Anordnung ergibt. Das Projektionssystem verwendet zur Vergrößerung des wirksamen bzw. tatsächlichen Objektfelds Linsen mit geringer Quervergrößerung und ist so ausgebildet, daß sich eine Lichtintensität in Gaußscher Verteilung gemäß der Darstellung in Fig. 3B an der Bildebene ergibt, wodurch in den einander überlappenden Teil- Projektionsbildern eine gleichförmige Lichtintensität erzielt wird. Nachstehend werden die Parameter der Stablinsen erläutert, die ein derartiges Projektionssystem bilden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Hauptstrahl als ein Strahl 7′ definiert, der aus der zweiten Fläche der ersten Stablinse 1′ in einer bestimmten Höhe austritt und parallel zur optischen Achse zu der zweiten Stablinse 2′ weiterläuft, wobei die Höhe in der Mitte zwischen der Austrittshöhe eines Strahls 8 an der zweiten Fläche, der vom Rand des wirksamen Objektfelds her in den oberen Rand der ersten Fläche der ersten Stablinse 1′ eintritt, und der Austrittshöhe eines Strahls 9 aus der zweiten Fläche liegt, der vom Rand des wirksamen Objektfelds her durch den unteren Rand der zweiten Fläche läuft.

Im folgenden sind Berechnungen zur Gewinnung der Parameter r₁, r₂, d₁′, Φ₁ und Φ₀ gezeigt. Zunächst ergibt sich aus der Definition der F-Zahl:

Ferner ergibt sich aus der paraxialen Annäherung:

wobei

(Brechkraft der ersten Fläche)

(Brechkraft der zweiten Fläche)

und

ist.

Danach werden aus der Bedingung, daß der Hauptstrahl der wirksamen Einfallsstrahlen vom Objekt her nach dem Austritt aus der zweiten Fläche zur optischen Achse parallel wird, die folgenden Gleichungen gewonnen:

Ferner fordert die Bedingung, daß die Blendenöffnungs- Wirksamkeit bei dem maximalen Bildwinkel zu Null wird, die folgende Beziehung:

Schließlich ist zum Einhalten eines geeigneten Abstands S₂′ von der zweiten Fläche der ersten Stablinse 1′ zu der Zwischenbild-Stelle der folgende Zusammenhang notwendig:

Das vorstehende Gleichungssystem der Gleichungen (22) bis (27) ergibt folgende Lösung:

Nunmehr wird die zweite Stablinse 2′ mit den in Fig. 2A gezeigten Symbolen erläutert.

Aus den Bedingungen der Lichtintensität des projizierten Bilds kann die wirksame F-Zahl folgendermaßen bestimmt werden:

Die Quervergrößerung β₂ (|β₂| < 1) des projizierten Bilds, der Abstand S₃ von dem Zwischenbild zu der objektseitigen Linsenfläche und der Abstand S₄′ hinter der Linse bis zu der Projektionsebene sind Parameter, die im voraus festgelegt werden können. Ferner wird der Haupt-Brechungsindex n₂′ durch die Wahl des Linsenmaterials bestimmt. Diese Parameter Fe′, β₂, S₃, S₄′ und n₂′ werden entsprechend der Idealabbildungs-Theorie zur Bestimmung der Krümmung r₃ der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2′, der Krümmung r₄ der zweiten Fläche der Stablinse, der axialen Dicke d₂′ der zweiten Stablinse 2′, des wirksamen Durchmessers Φ₃ der zweiten Stablinse und des wirksamen Teil-Durchmessers Φ₄ des projizierten Bilds folgendermaßen herangezogen:

Zunächst ist der Zusammenhang zwischen der Quervergrößerung β₂ und den Parametern der zweiten Linse 2′ durch die folgende Gleichung gegeben:

wobei

und

ist.

Die folgenden Gleichungen ergeben sich aus der Bedingung, daß der Hauptstrahl der wirksamen Eintrittsstrahlen vom Objekt her parallel zur optischen Achse sein soll, wenn er auf die erste Fläche der zweiten Stablinse 2′ trifft:

Aus der Bedingung, daß die Blendenöffnungs-Wirksamkeit bei dem maximalen Abbildungswinkel gleich Null ist, folgt der Zusammenhang:

Schließlich fordert das Einhalten eines geeigneten Abstands S₃ von der ersten Fläche der zweiten Stablinse 2′ bis zu der Zwischenbild-Stelle die folgende Beziehung:

Das vorstehende Gleichungssystem der Gleichungen (33) bis (38) ergibt folgende Lösung

Auf diese Weise erzeugt bei dem Projektionssystem aus der ersten Stablinse 1′ und der zweiten Stablinse 2′ die erste Stablinse 1′ das Zwischenbild (mit dem Bilddurchmesser Φ₂) des Objekts (mit dem Durchmesser Φ₀), während mittels der zweiten Stablinse 2′ das Zwischenbild als aufrechtes Bild mit dem Durchmesser Φ₄ auf die Bildebene übertragen wird. Es ist anzumerken, daß in diesem Fall zur richtigen Abbildung des Bilds der ganzen Objektebene auf die Projektionsebene mit Hilfe einer Anordnung mehrerer Projektionssysteme aus jeweils einer ersten und einer zweiten Stablinse die Beziehung b₁ × β₂ = +1 notwendig ist, wobei diese Beziehung die Erzeugung eines aufrechten Bilds mit der Vergrößerung "1" darstellt. Folglich sind die erste Stablinse 1′ und die zweite Stablinse 2′ so auszubilden, daß die folgende Gleichung erfüllt ist:

Bei dieser Anordnung ist es ersichtlich, daß Fe' gleich Fe wird. Wie schon im Vorstehenden erläutert wurde, kann ferner das Projektionssystem durch Anwendung der folgenden Bedingungen vereinfacht werden:

r₃ = -r₂, r₄ = -r₁, d₂′ = d₁′, n₂′ = n₁′, Φ₃ = Φ₁, Φ₄ = Φ₀,
β₂ = 1/β₁, S₃ = -S₂′, S₄′ = -S₁, Fe′ = Fe.

Es wurde durch Versuche festgestellt, daß die erste und die zweite Stablinse bestimmte Abweichungen von ± 10% gegenüber den Bedingungen gemäß den vorstehenden Gleichungen (28) bis (32) und (39) bis (43) zeigen können, wie sie im folgenden definiert sind:

wobei K₁ = 0,9 und K₂ = 1,1 gilt.

Weiterhin kann eine gleichförmige Lichtintensität mit Schwankungen innerhalb einiger Prozent dadurch erzielt werden, daß die Anordnungs-Teilung P der Projektionssysteme so gewählt ist, daß die folgende Beziehung eingehalten ist:

N₁ × Φ₁ < P < N₂ × Φ₁

wobei N₁ = 1,18 und N₂ = 1,36 gilt.

Die vorstehende Erläuterung beruht zwar ausschließlich auf dem wirksamen Durchmesser der Stablinsen; jedoch kann gemäß der Darstellung in Fig. 4 der tatsächliche Durchmesser Φ dieser Linsen größer als der wirksame Durchmesser Φ₂₁ gewählt werden, wobei in diesem Fall der Stirnflächenbereich der Linsen außerhalb des wirksamen Durchmessers Φ₂₁ als rauhe Lichtstreuungs-Fläche oder als Lichtabsorptions-Fläche mit schwarzer Beschichtung ausgebildet sein kann, um dadurch eine wirksame Lichtabschirmung zu erreichen. Ferner wird der Außenumfang der Stablinsen beispielsweise mit schwarzer Farbe zur Absorption des Streulichts beschichtet. Auf diese Weise werden die durch die erste Stablinse 11 zu der Bildebene hin durchgelassenen Lichtstrahlen auf diejenigen beschränkt, die durch den Bereich innerhalb des wirksamen Durchmessers Φ₂₁ hindurch gelangen. Folglich wird ein über den Bereich des wirksamen Durchmessers Φ₂₁ hinausgehender Strahl nach Eintritt in die erste Fläche der Stablinse an dem Außenumfang zerstreut bzw. ausgelöscht, so daß er nicht zur Bildebene gelangt. Zwischen einer ersten Stablinse 11 und einer zweiten Stablinse 12 wird ein Zwischenring 13 angebracht, der von den Stablinsen über schmale Spalte beabstandet ist. Der Innendurchmesser des Zwischenrings 13 wird so gewählt, daß er gleich dem wirksamen Durchmesser der Stablinsen oder geringfügig größer als dieser ist; die Innenfläche des Zwischenrings wird beispielsweise mit einer Mattierungs-Beschichtung versehen. Andererseits wird der Außendurchmesser so gewählt, daß er im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Stablinsen ist. Dieser Zwischenring bewirkt, daß das Eindringen von Licht aus der ersten Stablinse 11 in zweite Stablinsen 12 anderer Projektionssysteme verhindert wird, wodurch die Erzeugung von Streulicht oder "Geistern" vermieden wird. Bei bestimmten fotoempfindlichen Materialien kann jedoch das Streulicht oder dergleichen in einem gewissen Ausmaß außer acht gelassen werden, so daß in einem solchen Fall zur Erzielung geringerer Herstellungskosten der Zwischenring weggelassen werden kann.

An dem Eintrittsende des Linsensystem-Elements ist zum Verhindern des Lichteintritts in den Raum zwischen den Projektionssystemen eine Maske 14 angebracht, die gemäß der Darstellung in Fig. 5 mit Öffnungen 15 in einem Abstand versehen ist, der dem Achsenabstand der Projektionssysteme entspricht. Ein Träger für die Stablinsen hat jedoch gewöhnlich eine Länge von mehr als 300 mm, so daß aufgrund des Biegens u. dgl. des Trägers die Mitte der Maskenöffnung von der optischen Achse der Stablinse weg verschoben werden kann, wodurch deren wirksame Blendenöffnung verschoben wird. Vorrichtungen zur Kompensation einer derartigen Verbiegung sind üblicherweise sehr kompliziert; selbst die Verwendung der Maske 14 verursacht höhere Kosten.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Linsenrasterobjektivs unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 beschrieben. Die Fig. 6 zeigt einen Nutenblock 16 mit U-förmigen Nuten, längs welchen die Stablinsen angeordnet werden.

Die Fig. 7 ist eine von dem Eintrittsende her gesehene Ansicht, gemäß der Nutenblöcke 16 a und 16 b mit U-förmigen Nuten miteinander kombiniert sind, um zwei Reihen von Linsensystem-Elementen bzw. von Projektionssystemen in versetzter Anordnung zu halten. Der Raum zwischen den Projektionssystemen ist mit einem undurchsichtigen Elastomer 17 wie z. B. mit Silikonharz gefüllt, das im Handel als Verschlußmaterial oder Dichtungsmaterial erhältlich ist. Ferner kann auch Polyvinyl-Acetat oder ein elastisches Epoxy-Harz verwendet werden. Die Stablinsen werden im voraus längs der Nuten der Nutenblöcke mit einem Klebstoff genau festgelegt. Das Elastomer, das nicht vollständig gehärtet, sondern nachgiebig gehalten wurde, ermöglicht die Unterdrückung des Stoßes an den Stablinsen bei der Feineinstellung der Nutenblöcke 16 a und 16 b. Diese Nachgiebigkeit des Elastomers zwischen den Projektionssystemen ist auch geeignet, die Wärmeausdehnung oder Zusammenziehung der Nutenblöcke abzufangen. Dieses Elastomer-Material erstreckt sich länglich des Umfangs der ersten Stablinsen 11 an der Eintrittsseite in der Weise, daß die wirksamen Lichtstrahlen nicht behindert werden, wenn die Nutenblöcke 16 a und 16 b zusammengesetzt werden. Natürlich kann das Elastomer auch längs der zweiten Stablinsen 12 an der Austrittsseite angebracht werden. Nachdem das Elastomer verteilt ist, werden die Nutenblöcke 16 a und 16 b zusammengesetzt. Im Vorstehenden wurde die Anwendung von Nutenblöcken mit U-förmigen Nuten erläutert, jedoch ist eine praktisch brauchbare Licht-Abdichtung auch im Falle von Blöcken möglich, die mit V-förmigen Nuten versehen sind.

Nachstehend wird der Betriebsablauf bei einem Kopiergerät gemäß der Darstellung in Fig. 9 erläutert, bei dem eine Projektionsvorrichtung in Form des Linsenrasterobjektivs verwendet wird.

Nach Fig. 9 wird mittels eines nicht gezeigten Motors eine Trommel 18 in Pfeilrichtung mit konstanter Drehzahl gedreht, wobei die Trommel an ihrem Umfang mit einem fotoleitfähigen Material 19 versehen ist, das einen Schichtenaufbau aus einem leitfähigen Substrat, einer fotoleitfähigen Schicht und einer durchsichtigen Oberflächen- Isolierschicht in Aufeinanderfolge hat. Das fotoleitfähige Material 19 wird zuerst an der Oberfläche gleichförmig mittels eines Koronaentladers 20 in positiver bzw. negativer Polarität geladen, wenn der Fotoleiter N-Leitfähigkeit bzw. P-Leitfähigkeit hat. Darauffolgend wird das fotoleitfähige Material 19 mit dem Bild einer Vorlage 22 belichtet, die auf einen durchsichtigen Vorlagenträger 21 aufgelegt ist, der in Pfeilrichtung synchron mit der Drehung der Trommel 18 und mit einer Geschwindigkeit verschoben wird, die gleich der mit dem Kehrwert der Bildvergrößerung multiplizierten Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 18 ist (und im Falle der Bildvergrößerung "1" gleich dieser Geschwindigkeit ist); dabei wird mittels einer Projektionsvorrichtung 23 das Bild scharf auf dem fotoleitfähigen Material 19 abgebildet bzw. fokussiert. Der der Projektionsvorrichtung 23 gegenüberstehende Bereich der Vorlage 22, d. h. der auf dem fotoleitfähigen Material 19 abzubildende Bereich, wird mittels eines Beleuchtungssystems 24 aus einer Lampe und einem Reflektor beleuchtet. Durch Regelung der Beleuchtungsstärke kann beispielsweise das Ausmaß der Belichtung an dem fotoleitfähigen Material 19 eingestellt werden.

Zugleich mit der bildweisen Belichtung mittels der Projektionsvorrichtung 23 wird das fotoleitfähige Material 19 einer Ladungslöschung mittels eines Wechselstrom- Koronaentladers oder eines Koronaentladers 25 mit der zur Polarität des Koronaentladers 20 entgegengesetzten Polarität unterzogen, wodurch an dem fotoleitfähigen Material 19 ein dem Bild der Vorlage 22 entsprechendes Ladungsmuster erzeugt wird. Im weiteren wird das fotoleitfähige Material 19 einer Totalbelichtung mittels einer Lampe 26 unterzogen, um auf ihm ein elektrostatisches Ladungsbild mit gesteigertem Kontrast zu erzeugen. Das auf diese Weise erzeugte Ladungsbild wird mittels einer Entwicklungsstation 27 nach dem Kaskaden-Verfahren oder dem Magnetbürsten-Verfahren zu einem sichtbaren Tonerbild entwickelt. Dieses Tonerbild wird auf ein Übertragungs- bzw. Bildempfangsblatt 30 übertragen, das von einer nicht gezeigten Zuführeinrichtung her zugeführt und mit Hilfe von Walzen 28 und 29 mit der gleichen Geschwindigkeit wie das fotoleitfähige Material 19 vorwärts bewegt wird, während es mit diesem in Berührung gehalten wird. Zur Verbesserung des Übertragungswirkungsgrads wird mittels eines Koronaentladers 30 auf die Rückfläche des Bildempfangsblatts 30 an der Übertragungsstelle eine Entladung mit einer Polarität vorgenommen, die derjenigen des das Tonerbild bildenden Toners entgegengesetzt ist. Das auf das Bildempfangsblatt 30 übertragene Tonerbild wird in einer geeigneten Fixierstation wie z. B. einer Wärmefixiervorrichtung fixiert, die mit einem Walzenpaar 32 und 33 versehen ist, die mit dem Bildempfangsblatt in Berührung gehalten werden; danach wird das Blatt zu einer nicht gezeigten Ablagevorrichtung transportiert.

Nach der Bildübertragung wird das fotoleitfähige Material einem Reinigungsschritt zur Entfernung des zurückbleibenden Toners mittels einer elastischen Rakel 34 unterzogen, die mit dem fotoleitfähigen Material in Berührung gehalten wird, dadurch wird das fotoleitfähige Material zur Wiederverwendung bei einem weiteren Abbildungszyklus vorbereitet. Der vorstehend genannte Koronaentlader 25 ist so angeordnet, daß die Ladungslöschung gleichzeitig mit der bildweisen Belichtung erfolgt; der Entlader kann jedoch auch zwischen dem Lader 20 und der Projektionsvorrichtung angeordnet sein, um die Ladungslöschung vor der bildweisen Belichtung auszuführen. In diesem Fall wird die Lampe 26 nicht benötigt. Ferner kann das fotoleitfähige Material 19 eine Ausführung sein, die keine Oberflächen-Isolierschicht hat. In diesem Fall können der Koronaentlader 25 und die Lampe 26 weggelassen werden.

Wie im Vorstehenden erläutert ist, ergibt das beschriebene Linsenrasterobjektiv eine kompakte Projektionsvorrichtung, die auf kostensparende Weise das Erzielen einer vollständigen Lichtabdichtung in dem Raum zwischen den Projektionssystemen bzw. Linsensystem-Elementen ermöglicht.

Claims (2)

1. Linsenrasterobjektiv mit mehreren nebeneinander angeordneten Projektionssystemen von denen jedes aus mehreren längs ihrer optischen Achse ausgerichteten Stablinsen besteht, und jedes zum Abbilden eines Teils einer Vorlage als Teil eines entsprechenden projizierten Bildes vorgesehen ist, wobei die Projektionssysteme zweireihig derart angeordnet sind, daß eine Reihe bezüglich der anderen um den halben Abstand der Projektionssysteme versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionssysteme in Nutenblöcken gehaltert sind und daß ein Bereich zwischen den Projektionssystemen mit einer elastomeren, dauerelastischen und lichtabschirmenden Vergußmasse ausgefüllt ist.

2. Linsenrasterobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Projektionssysteme (11, 12) aus einer ersten und einer zweiten Stablinse besteht und zum Festlegen des Abstandes derselben zwischen diesen angeordnete Zwischenringe (13) aufweist.