DE3141246A1 - Linsensystem mit variabler brechkraft fuer kopierzwecke - Google Patents

Linsensystem mit variabler brechkraft fuer kopierzwecke

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DE3141246A1
DE3141246A1 DE19813141246 DE3141246A DE3141246A1 DE 3141246 A1 DE3141246 A1 DE 3141246A1 DE 19813141246 DE19813141246 DE 19813141246 DE 3141246 A DE3141246 A DE 3141246A DE 3141246 A1 DE3141246 A1 DE 3141246A1
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Description

\ ti
HOFFMANN · EITLE & PARTNER
PAT E N TAN WALT E DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DlPU-ING.W. EITLE ■ DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N . DIPU-ING. W. LEHN
DIPL.-ING. K.FDCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCH EN 81 . TELE FON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)
35 697 p/hl
ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo / Japan
Linsensystem mit variabler Brechkraft für Kopierzwecke
Die Erfindung bezieht sich auf ein Linsensystem mit veränderlicher Brechkraft für die Verwendung in einem Kopiersystem, wie einer Kopiermaschine, bei der die Vergrößerung und die Verkleinerung durchgeführt werden kann, während der Abstand zwischen der Objektfläche und der Bildfläche konstantgehalten wird.
Bei einem herkömmlichen Linsensystem mit veränderlicher Brechkraft eines solchen Typs ist das veränderliche Brechkraftsverhältnis klein und der veränderliche Brechkraftbereich deckt nur die größengleiche Abbildung und die reduzierte Abbildung ab. Solch ein Typ eines Linsensystems ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift 44544/1979 und dem japanischen Patent 77 925/1979 offenbart. Die japanische Patentschrift 77 925/1979 entspricht exakt der US-Patentanmeldung Nr. 154 261 mit dem Titel "Zoom Lens for Copying". Das vorgeschlagene Linsen-
3 U 1 2 4 G
system setzt sich jedoch aus zwei Linsengruppen zusammen und hat ein veränderliches Brechkraftverhältnis von weniger als 2. Hinzukommt, daß die erste Linsengruppe eine negative Brennweite hat, während die zweite Linsengruppe eine positive Brennweite hat. Diese Art eines Linsensystems wird als sogenannter "Retrofokus-Typ" bezeichnet. Entsprechend ist der Abstand zwischen der Objektfläche und dem Linsensystem (Objektiv) im Vergleich mit dem Abstand zwischen dem Linsensystem und der BiIdfläche kurz. Im Falle einer Kopiermaschine, bei der der Abtastspiegel zwischen der Objektfläche und dem Linsensystem angeordnet ist, ist es daher nachteilig, daß für diesen Spiegel kein ausreichender Zwischenraum vorhanden ist. Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Linsensystem der genannten Art zu schaffen, bei dem ein ausreichender Raum für den Abtastspiegel vorhanden ist und in einem weiten Bereich Vergrößerungen, Verkleinerungen und größengleiche Abbildungen möglich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Linsensystem mit veränderlicher Brechkraft für das Kopieren geschaffen, bei dem eine erste Linsengruppe positiv und eine zweite Linsengruppe negativ ist. Die Brechkraft der ersten Linsengruppe wird erhöht, so daß ein Abstand zwischen der Objektfläche und dem Linsenelement im Vergleich mit dem Abstand zwischen dem Linsenelement und der Bildfläche lang ist. Gleichzeitig wird das veränderliche Brechkraftverhältnis größer als 2, woraus sich eine kompakte Ausgestaltung und eine gute Funktionsweise ergibt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:
3 U1246
Pig. 1 eine Querschnittsansicht eines Linsensystems am Ende der Vergrößerung entsprechend einem Beispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2(a) bis (c) graphische Darstellungen der Aberrationskurven des Beispiels der Erfindung, wobei (a) die Vergrößerung, (b) das gleichbleibende Kopieren und (c) die Verkleinerung kennzeichnet und
10
Fig. 3 eine schematische Darstellung, in der das Fokussierverhältnis des Beispiels der vorliegenden Erfindung wiedergegeben wird.
Ein Linsensystem mit variabler Brechkraft für das Kopieren entsprechend der Erfindung besteht von der Objektseite her gesehen aus einer ersten Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und einer zweiten Linsengruppe mit einer negativen Brennweite. Der Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe ist variabel, d.h. veränderbar. Das gesamte Linsensystem ist beweglich, während dabei der Abstand zwischen der Objektfläche und der Bildfläche konstant bleibt. Das Linsensystem mit variabler Brechkraft für das Kopieren entsprechend der Erfindung kennzeichnet sich dadurch aus, daß die Bewegung der ersten Linsengruppe hauptsächlich als Variator der Vergrößerungsbrechkraft und die zweite ■ Linsengruppe hauptsächlich der Aufrechterhaltung des konstanten Abstandes zwischen der Objektfläche und der Bildfläche dient. Die erste Linsengruppe ist auf der Basis einer für das Kopieren verwendeten Einzelfokussierlinse konstruiert. Die erste Linsengruppe setzt sich von der Objektseite her gesehen zusammen aus einem Kittglied, bestehend aus einer positiven Linse mit einer konvexen Fläche, die auf das Objekt gerichtet ist und einer negativen Linse mit einer
3U124C
konkaven Fläche, die auf das Bild gerichtet ist, einem positiven Meniskus mit einer konvexen Fläche, die auf das Objekt gerichtet ist, einer Blendenmembran (stop diaphragm), einem positiven Meniskus mit einer auf das Bild zu gerichteten konvexen Fläche und einem Kittglied, welches aus einer negativen Linse mit auf die Bildseite gerichteter konkaver Fläche und einer positiven Linse mit auf die Bildseite gerichteter konvexer Fläche besteht. Die zweite Linsengruppe besteht aus einem positiven Meniskus, dessen konvexe Fläche auf die Bildseite gerichtet ist und einem negativen Meniskus, dessen konvexe Fläche auf die Bildseite gerichtet ist. Das genannte Linsensystem genügt den fügenden Bedingungen:
15 CD Mmax
Mm in		 2 < 3-0 < 3 .0 Cf1I < 0) 0)
(2) 1 .02 < If11I .20
(3) 0 .10 < max < 0 .30 CrIIP <
20 (4) 0 ADj Jj
max
lriipl
fmax
wobei:
Mmax die Abbildung auf der Hoch abbildungsseite (auf der eigentlichen Vergrößerungsseite) im Bereich der Abbildungsbrechkraft ist;
Mmin die Abbildung auf der Niedrig abbildungs-
seite (auf der Reduktionsseite) im Bereich der Abbildungsbrechkraft ist; 35
3 1 4 Ί Z 4 b"
-B-
Mmax/Mmin das Verhältnis der variablen Brechkraft ist;
fmax die Gesamtbrennweite des Linöensystems bei gleichbleibendem Kopieren (keine Vergrößerung) ist; ■
fT die Brennweite der zweiten Linsengruppe AD der Bewegungsbetrag zwischen den beiden
Χ/ II
Linsengruppen und rTTP ^er Krümmungsradius auf der bildseitigen
Fläche des positiven Meniskus in der zweiten Linsengruppe ist.
Die besonderen Bedingungen werden nun beschrieben.
Die Bedingung (1) besteht den Umfang des variablen Brechungskraftverhältnisses entsprechend der Erfindung. Das Linsensystem entsprechend der Erfindung hat ein großes variables Brechkraftverhältnis, obwohl es nur aus zwei Linsengruppen besteht. Wenn jedoch das Verhältnis den oberen Grenzwert der Bedingung (1) vergrößert, werden die Verzeichnung, die Coma-Aberration und dgl. infolge der asymmetrischen. Konstruktion des Linsensystems vergrößert. Insbesondere sind derartige Aberrationen bei einem Kopierlinsensystem unerwünscht, welches eine kleinstmögliche Verzeichnung erlaubt .
Die Bedingung (2) verhält sich zu einer Brechkraft der zweiten Linsengruppe. Wenn die obere Grenze der Bedingung (2) überschritten wird, wird die negative Brechkraft der zweiten Linsengruppe klein, was für die Kompensation der Aberration verfügbar ist, jedoch zu einer Zunahme des Durchmessers der hinteren Linse führt, wodurch das gesamte Linsensystem vergrößert wird. Wenn andererseits der untere Grenzwert überschritten wird, wird die negative Brechkraft der zweiten
3U124G
Linsengruppe vergrößert. Dadurch ist es möglich, das Linsensystem kompakt zu machen. Jedoch hat die erste Linsengruppe notwendigerweise eine sehr starke positive Brechkraft, woraus verschiedene Aberrationen, wie die Verzeichnung, nicht gut korrigiert werden können.
Die Bedingung (3) betrifft die Brechkraftverteilung bzw. die Vergrößerungsverteilung unter der Bedingung (2). Wenn der obere Grenzwert der Bedingung (3) überschritten wird, obwohl die Aberrationskompensation verfügbar ist, da der Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe verlängert wird, muß der Durchmesser des Linsensystems vergrößert werden, weil eine ausreichende Menge von Randlicht in dem Kopierlinsensystem erfordert wird. Wenn andererseits der untere Grenzwert überschritten wird, muß die Brechkraft der ersten und zweiten Linsengruppe notwendigerweise vergrößert werden, um ein hohes variables Brechkraftverhältnis zu erzielen. Dies führt -zu einer übermäßigen asymmetrischen Konstruktion des Linsensystems, und es ist dann schwierig, die Aberrationen zu kompensieren.
Die Bedingung (4) bestimmt den Radius rIIp der Krümmung der bildseitigen Fläche des positiven Meniskus in der zweiten Linsengruppe. Sie bezieht sich auf die Aberrationen der gesamten zweiten Linsengruppe. Wenn r-r-rD groß wird und den oberen Grenzwert der Bedingung (4) überschreitet, wird die Brechkraft der positiven und negativen Linsen der zweiten Linsengruppe übermäßig klein. Dies führt zu einer Kompensation der chromatischen Aberration. Wenn umgekehrt der untere Grenzwert für r p überschritten wird, ist die sphärische Aberration, welche in dieser Linsenfläche erzeugt wird, extrem erhöht. Dies ist jedoch nicht wünschenswert.
314124b-
len besonderen Bedingungen entsprechend der Erfin-Jat die erste Linsengruppe eine negative Brenn-
so daß der Abstand zwischen der Objektfläche fm Linsensystem (Objektiv) vergrößert ist. Dies loch mehr im einzelnen erläutert.
3 zeigt ein schematisches Linsensystem, bei dem pbjektfläche, die eine Brechkraft von φ* habende
Linnengruppe, die eine Brechkraft von φ~ habende te Linsengruppe und die Bildfläche von links nach jits auf der optischen Achse angeordnet sind. Die genden Gleichungen sind gegeben:
~ e
•a = (-1/M + 1 - β·φ2)/φ
e+b=
(D
(2)
(3)
- M- jjj/φ ... (4)
-wobei
e der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und
der zweiten Linsengruppe ist φ die resultierende Brennweite der ersten und
zweiten Linsengruppe ist,
a (<0) der Abstand zwischen der Objektfläche und
der ersten Linsengruppe ist, b (>0) der Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe
und der Bildfläche ist, M die Fokussiervergrößerung des Gesamtlinsensystems
und
S der Abstand zwischen der Objektfläche und der Bildfläche ist.
3 1.4 124G-
Die Gleichung (4) gibt wieder, daß S sogar dann fest ist, wenn die Brechkräfte φΛ und φο der ersten und zweiten Iiinsengruppen untereinander ersetzt sind. Jedoch wird der Abstand a zur Objektfläche durch Ersetzen von φ\ und φ2 wie folgt verändert:
-a1 » (-1/M + 1 - β·φ1)/φ (2f)
Ein Unterschied zwischen (2) und (21) ergibt sich wie folgt:
\ -(a-a·) - β(φ1 - φ2)/φ (5)
Wenn so entsprechend der Erfindung die erste Linsengruppe positiv und die zweite Linsengruppe negativ ist, ist es möglich, den Abstand zur Objektfläche um einen Betrag zu längen, welcher durch die Gleichung (5) im Vergleich mit dem Fall angezeigt ist, bei dem die erste Linsengruppe negativ und die zweite Linsengruppe positiv ist. Für den Fall, daß der Spiegel oder dergleichen zum Abtasten der Objektfläche verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung darauf wirksam anwendbar.
Ebenso wird ein "split dagor" Objektiv entsprechend der Erfindung verwendet, welches für ein Einzelfokus-Kopierlinsensystem meist üblich ist. Es ist jedoch möglich, einen Heliar-Typ, einen Gauss-Typ oder einen demgegenüber modifizierten Typ zu verwenden.
Das Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Bei diesem Beispiel ist r der Krümmungsradius, d die Linsendicke oder der Luftspalt, N der Brechungsindex an der F-Linie des optischen Materials, ν die Abbe'sehe Zahl, f die gesamte Brennweite, F die F-Zahl hinsichtlich des unendlichen Objektabstandes, M die Vergrößerung, ω
der halbe Bildfeldwinkel des primären Lichtstrahles.
NA ist die numerische öffnung entsprechend der folgenden Gleichung:
NA =
Beispiel
F =5.6
OO
£ = 238.884*251.694
NA = 0.0544*0.0 370 . .
M » -0.64* -1.41
ω = 16.3°
. Linsenoberfläche
r d N ν
. 1 60.078 7.49 1.69100 54.8
2. 82.000 8.15 1.54072 47.2
3. 41.500 4.56
4. 64.838 10.62 1.65160 58.6
5. 116.372 12.63
6. -106.775 6.41 1.62041 60.3
7. -56.405 3.64
8. -40.196 8.83 1.60342 38.0
9. -900.000 11.09 1.67790 55.3 10. -52.200 5.30 * 21.41
11. -85.3491 8.84 1.74950 35.3
12. -53.858 5.47
3U124C
13. -52.200 5 .Od. 1,7859Q1 44,2
14. -112.397
Mmax ο ο
ι Mmin
|FJ«1 - !.780
, tmax
j fmax
I
fmax
= 0.064
= 0.214
aus den Gleichungen (5) bei der Vergrößerung von M = -1,41X, φχ = 0.0059285 φ2 « -0.0022311
e = 30.258 ·
dann,
-(a - a') » 60.3 mm
Da die jeweiligen Linsen eine physikalische Dicke haben, beträgt der Abstand u von der Objektfläche zur Spitze der ersten Linsengruppe mit positiver Brennweite 387,8 mm am Vergrößerungsende M = -1.4Ix. Bei der ersetzten Anordnung, d.h. bei einem Linsensystem, in dem die erste Linsengruppe aus einer negativen Linse besteht, beträgt der Abstand u1 von der Objektfläche zur Spitze der ersten Linsengruppe 355,5 mm am selben Vergrößerungsende M =-1.41X.
Der Extraraum (u-u1) = 32,3 mm kann so erzielt werden.
Dieser Raum ist für die Anordnung des Abtastspiegels oder dgl. für die Kopiermaschine verfügbar.
Leerseite

Claims (1)

3U 12 4 6 HOFFMANN · EITLE & PARTNER PAT E N TAN W ALT E DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPU-I NG. W. EITLE · D R.RER. N AT. K. HO FFMAN N . DIPL.-ING. W. LEHN DIPl.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEUASTRASSE 4 · D-8000 MÖNCHEN 81. · TELEFON (089) 9Π087 · TELEX 05-29619 (PATH E) 35 697 p/hl ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo / Japan Linsensystem mit variabler Brechkraft für Kopierzwecke Patentanspruch Linsensystem mit variabler Brechkraft für Kopierzwecke mit einer ersten Linsengruppe einer positiven Brennweite und einer zweiten Linsengruppe einer negativen Brennweite, wobei der Abstand zwischen diesen beiden Linsengruppen veränderlich ist und das Gesamtlinsensystem bewegbar ist, während ein konstanter Abstand zwischen der Objektfläche und der Bildfläche aufrechterhalten wird, dadurch gekenn zeich ne t , daß die Bewegung der ersten Linsengruppe hauptsächlich der Veränderung der Vergrößerungsbrechkraft und die zweite Linsengruppe hauptsächlich der Aufrechterhaltung des konstanten Abstandes zwischen der Objektfläche und der Bildfläche dient, daß die erste Linsengruppe auf der Basis eines Einzelfokus-Linsensystems konstruiert ist, welches für den Kopiervorgang verwendet wird und sich zusammensetzt aus einem Kittglied, bestehend aus einer positiven Linse-mit auf die Objektseite gerichteter konvexer Fläche und einer negativen Linse mit auf die Bildseite gerichteter konkaver Fläche, einem positiven Meniskus mit einer auf die Objektseite gerichteten konvexen Fläche, einer Blendenmembran, einem positiven Meniskus mit auf die Bildseite gerichteter konvexer Fläche und einem Kittglied, bestehend aus einer negativen Linsen mit auf die Bildseite gerichteter konkaver Fläche und einer positiven Linse mit auf die Bildseite gerichteter konvexer Fläche, und daß die zweite Linsengruppe aus einem positiven Meniskus mit einer auf die Bildseite gerichteten konvexen Fläche besteht, wobei das Linsensystem mit variabler Brechkraft den folgenden Bedingungen genügt: 20£ =60.238.884 *7.- 251.694iN54VNA*=82.• 0.0544 °8.JQ.(1.6910047.8M =41.-0.64*-]4...411.54072.2I0) =64.16.3°10.58Linsenfläche116.12.1.65160.6-106.r6.d6025 χ-56.0783.491.62041.32.-40.0008.15383.-900.50011.561.6034255.04.-52.8385.621.67790.330 5.37263' 21.416.775417.405648.196839.0000920030 ^10.137Q "314-12-4G- 11. 12. 13. 14, -85.349 -53.858 -52.200 -112.397 - 3 8,84 5.47 5.00 Mmax Mmin = IP1
1.780
fmax = o .06· 40I7TI = 0. 214 fmax 41X fmax 00592 85 M= -1. .0022 311 Φχ = O. .258 φ2 = -0 e = 30
1 dann
-(a - a1) = 60.3 mm
1.74950
35.3
1.78590 44.2
DE3141246A 1980-10-18 1981-10-16 Varioobjektiv Expired DE3141246C2 (de)

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DE3141246A1 true DE3141246A1 (de) 1982-06-09
DE3141246C2 DE3141246C2 (de) 1984-09-13

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