DE3206335A1

DE3206335A1 - Optisches bauelement mit einer gruppierung von einzellinsen

Info

Publication number: DE3206335A1
Application number: DE19823206335
Authority: DE
Inventors: Walter P. 06281 Woodstock Conn. Siegmund
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1981-02-23
Filing date: 1982-02-22
Publication date: 1982-10-28
Also published as: GB2093604A; GB2093604B; HK43485A; JPS57148701A; US4345833A; CA1153596A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement mit einer Gruppierung von Einzellinsen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung befaßt sich mit eine Abbildung bewirkenden Linsensystemen und betrifft speziell deren Anwendung bei einer Vielfachlinsen-Bildprojektion.

Eine streifenförmige Abtastung eines Objekts, wie sie beispielsweise bei dem Anwendungsgebiet der Kopierer zur Verwendung kommt, benutzt normalerweise komplexe Linsensysteme und/oder optische Faserbündel bei denen es wiederum notwendig ist, Bilder an den Bildaufnahmeflächen dieser Bündel zu erzeugen und die an das Bildaustrittsende der Bündel transportierten Bilder zu verwenden. Beispiele hierfür sind in den US- Patentschriften 3 398 667; 3 6O9 233 und 4 190 347 beschrieben.

Es ist desweiteren bekannt, daß selbstabbildende Mikrolinsen bei Kopierern und ähnlichen Verwendungsgebieten einsetzbar sind, v/enn diese nebeneinander angeordnet werden. Bei dieser Anbringung der Linsen in nebeneinander liegender Lage kommt es jedoch zu Streulichtproblemen, d.h. Licht ,das aus einer Linse austritt,gerät in eine andere Linse. Daneben ergeben sich Schwierigkeiten in der Herstellung, wobei es insbesondere mühevoll ist die Einzellinsen exakt zueinander anzuordnen, v/as letztlich zu sehr hohen Herstellungskosten führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde unter Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile ein optisches Bauelement mit einer Gruppierung von Einzellinsen zu schaffen das kostengünstig herzustellen

ist und in diesem auftretende Streulichtprobleme vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben. Die Erfindung befaßt sich des weiteren mit einem Verfahren zur Herstellung derartiger optischer Bauelemente gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 5. Mit der Erfindung wird somit ein optisches Bauelement geschaffen, beispielsweise in Form eines Streifens oder in Form einer Platte, bei dem Einzellinsen mit einer Gradation im Brechungsindex in ein Medium aus lichtabsorbierendem Material eingebettet sind, welches diese haltert und gleichzeitig Streulichteffekte verhindert, die bei einer Benutzung des optischen Bauelements auftreten würden, wobei des weiteren möglicherweise entstehende Lichtrcflexionen an den Grenzflächen zwischen Linsen und dem die Halterung bewirkenden Medium vermieden werden.

Beiliegende Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Die Fig. 1 mit 3 zeigen ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement in einer Gruppierung von Einzellinsen.

Fig. 4 zeigt eine teilgebrochene Draufsicht eines in

Streifenform ausgebildeten optischen Bauele-. ments.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 5-5 von

Fig. 4 durch das dort gezeigte optische Bauelement.

Fig. 6 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung die Verwendung dea Bauelements bei der

Herstellung von Abbildungen in einem Kopierersystem.

Im folgenden wird zunächst auf ein bevorzugtes Herstellungsverfahren zur Erzeugung von Anordnungen aus einer Mehrzahl von Linsen mit einem Gradienten im Brechungsindex erläutert. Zu diesem Zwecke werden zunächst geeignete Gläser ausgewählt, aus denen sich ein optisches Bauelement 32 bestehend aus Linsen 10 und einer Matrix 12,herstellen läßt. Diese Gläser liegen ursprünglich in Form eines Stabes 14 und eines Überzugs in Form eines Rohres 16 vor, v/ie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Der Stab 14 und das Rohr 16 werden in der dargestellten Weise zusammengesetzt, durch Heizelemente 18 in einer Zone erhitzt, und zu der erwünschten Querschnittsgestalt ausgezogen, was bedeutet, daß das Glas des Stabs 14 solange gezogen wird, bis es einen Durchmesser aufweist, welcher dem erwünschten Durchmesser für die Linsen 10 entspricht.

Für den Fachmann versteht sich, daß nebeneinanderlieaende Glasstreifen anstelle des Rohres 16 für· den überzug verwendet werden können ,und daß das vorstehend beschriebene

ZO Ziehverfahren als solches in herkömmlicher Weise erfolgt. Bezüglich Einzelheiten wird auf die US-Patentschriften 2 980 957, 3 037 241 und 4 046 016 verwiesen. Die Gläser des aus dem Stab 14 und de.m die Umhüllung bildenden Rohres 16 erzeugten Vorformlings, welche sich zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung eignen können wesentliche Anteile von Thalliumoxid bzw.Kaliumoxid enthalten,um ein

Ineinanderdiffundieren von Tl und K Ionen zu bewirken. Beispiele für derartige Glaszusammensetzungen sind in den US-Patentschriften 3 941 478 und 3 081 181 beschrieben.

Durch das in Fig. 1 beschriebene Ziehen der von dem Rohr 16 als Ummantelung überzogenen Stäbe 14 erhält man ein Element 20, das,wie aus Fig. 2 hervorgeht,aus einem Kern und einer Ummantelung besteht, wobei das Glas des Kerns durch das Bezugszeichen 14a und dasjenige der Ummantelung

durch das Bezugszeichen 16a angedeutet ist. Zur Vorbereitung der Ionendiffusion werden zylindrische Abschnitte 22 von dem Element 20 abgetrennt und ordentlich in einer Halterung 24,wie aus Fig. 3 ersichtlich,zu einer Anordnung zusammengesetzt die mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet ist. Die Anordnung 26 aus den Abschnitten 22 v/ird anschließend erhitzt, beispielsweise mittels Heizspulen 28 und zwar in einem Ausmaß, daß das Glas 16a eine homogene Masse 12 bildet, wie dies in Fig.

dargestellt ist, während das Glas 14a der Linsen 10 bezüglich seiner Gestalt unverändert bleibt. Gleichzeitig findet ein Ineinanderdiffundieren der Tl Ionen der Gläser 14a und der K Ionen der Gläser 16a statt, welche bewirkt, daß eine radiale Abstufung bzw. Gradation·des Brechungsindex in den Elementen der Gläser 14a erhalten wird .Hierdurch erhalten die Linsen 10 selbstabbildende Eigenschaften erhalten gemäß den bekannten und im einzelnen in der US-PS 4 246 016 beschriebenen Grundsätzen. Dies bedeutet, daß die Linsen 10 jeweils einen

ZO Gradienten im Brechungsindex erhalten, wobei der Brechungsindex von einem Maximum im Bereich der Längsachse A (siehe Fig. 5) zu einen Minimum an der Grenzfläche mit der Matrix 12 abnimmt. Dieser Brechungsindexgradient weist bekanntermaßen einen parabolischen Verlauf auf und kann durch die folgende Beziehung v/iedergegeben werden:

N = N_Q (1 - ar²)

Hierin bedeuten:
N den änderenden Brechungsindex

N den Brechungsindex auf der Achse der Linse r den Radius (von der Achse der Linse aus gemessen) a eine Konstante

Die Anordnung 26 wird geeigneten Temperatürzyklen und, wie durch die Pfeile 30 dargestellt,entsprechenden Drücken ausgesetzt/ wie sie für einen Ionenaustausch ohne gleichzeitige Deformierung der Linsen 10 wünschenswert und in der US-PS 4 246 016 beschrieben sind.

Der entstehende Streifen 32 mit einer Vielzahl von Linsen, wie aus den Figuren 4 bis 6 hervorgeht,wird in Stücke unterteilt, bei denen die Linsen 10 die gewünschte Länge 1 aufweisen, wobei 1 vorzugsweise derart gewählt ist, daß, wie in Fig. 5 angedeutet,mit Hilfe der Linsen eine aufrechte 1 : 1 Abbildung erzeugt v/ird. Es versteht sich daß die in Fig. 3 dargestellten Abschnitte 22 v/ahlweise auch vor dem Zusammensetzen in Stücke derartiger Länge unterteilt werden können, so daß ein anschließendes Zerschneiden des Streifens 32 vermieden werden kann. In beiden Fällen werden jedoch die entgegengesetzten Enden der Linsen 10 des Streifens 32 optisch poliert.

Die Pfeile 34 und 36 in Fig. 5 bedeuten ein Objekt bzw. ein Bild bei der oben genannten 1 : 1 Abbildung, wobei das Bild 36 aufrecht ist. Die Pfeile 34 und 36 deuten des weiteren eine Objekt.bzv/. eine Bildebene an, wobei die Selbstabbildung mittels der Linsen nach den allgemein bekannten Abbildungsgrundsätzen für derartige Selbstbbildende Linsen stattfinden, was durch die Verbindungslinien 38 und 40 angedeutet ist.

Die Matrix 12 bzw. die Gläser 16a gemäß Fig. 2 haben einen Brechungsindex der annähernd dem minimalen Brechungsindex der Linsen 10 entspricht. Daneben sind die Gläser der Matrix 12 bzw. der Umhüllungen 16a lichtabsorbierend ausgebildet,um Streulicht bedingte Störungen in dem Streifen 32 zu verhindern und um einer Reflexion des Lichts an den Grenzflächen zwischen den Linsen 10

und der Matrix 12 entgegenzuwirken, falls dort geringfügige Brechungsindexunterschiede bestehen. Man erreicht dies,indem der Zusammensetzung des Glases 16a des Rohres 16 - bevor aus diesem das Rohr gebildet wird - eine kleine Menge lichtabsorbierender Ionen v/ie Fe, Fe in Verbindung mit Ti, Mn, Cr, Cu, Co oder einer Kombination derselben zugegeben wird. So ist beispielsweise eine Zugabe von 1 bis 5 % Fe oder Mn geeignet,um eine Dichte zwischen 0,5 bis 1 pro Millimeter Dicke des Materials der Matrix 12 zu erhalten, wobei unter einer Dichte 1 eine Durchlässigkeit von 10 % pro Millimeter verstanden wird.

In Fig. 6 ist eine Verwendung des Streifens 32 mit Vielfachlinsen bei einem Kopierer dargestellt. Auf einem Objekt 44, beispielsweise einem Blatt Papier sind Buchstaben 42 angeordnet. Diese v/erden in einem Abbildungsverhältnis von 1. : 1 mittels des Streifens auf ein Übertragungsteil 46 abgebildet, so daß dort ein Bild 48 der Buchstaben entsteht. Das Übertragungsteil 46 kann in bekannter Weise ein lichtempfindliches Band oder eine lichtempfindliche Trommel sein, die so ausgebildet ist, daß sie das Bild 48 auf den die Kopie bildenden und in der Zeichnung nicht dargestellten Bogen überträgt, wo dies in exakter Weise wiedergegeben und betrachtet wer-

Z5 den kann. Diese Details eincis Kopierers sind allgemein bekannt und bilden keinen Teil dieser Erfindung, so daß aus diesen Gründen hierauf nicht näher eingegangen wird.

-/ΙΟ -Leerseite

Claims

DIEHL & KRESSIN PATENTANWÄLTE · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Zugelassen bei den deutschen und ouropälschen Patentbehörden Flüggenstraße 17 · D-8000 München 19 22. Feb. 1982 A 1756-D American Optical Corporation 14, Mechanic Street Southbridge, Mass. 01550 / USA Optisches Bauelement mit einer Gruppierung von Einzellinsen Patentansprüche

1. Optisches Bauelement (32) mit einer Gruppierung von Einzellinsen,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl zylindrischer Glasabschnitte (10) seitlich nebeneinander liegend zu einer Anordnung zusammongefaßt ist, wobei jeder Glasabschnitt (10) in radialer

·— ο —

Richtung eine Gradation des Brechungsindex von einem Maximum an der Achse zu einem Minimun am Rand und eine Länge aufweist, womit nach den Prinzipien selbst abbildende Linsen Objekt- und Bildebenen festgelegt sind/und daß die Glasabschnitte (10) in eine Matrix (12) aus Glas eingebettet sind, welche die Glasabschnitte (10) haltert, wobei das Glas der Matrix (12) einen Brechungsindex aufweist, der dem minimalen Brechungsindex der Glasabschnitte angenähert ist und ein Absorbtionsvermögen aufweist, weiches Streulicht aus den Glasabschnitten (1.0) absorbiert. 10

2. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Glasabschnitte (10) so gewählt ist, daß von in der Obejktebene befindliche Gegenstände aufrechte Bilder erzeugt werden.

3. Optisches Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zv/ecks Anwendung in Bild- Kopiersystemen streifenförmig ausgebildet ist.

4. Optisches Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorbtionsvermögen der Matrix (10) einer Dichte pro Millimeter von etwa 0,5 bis 1 entspricht, wenn als Dichte von 1 eine Durchlässigkeit von 10 % pro Millimeter angesehen wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelements mit einer Gruppierung von Einzellinsen, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Herstellung eines Vorformlings aus einem Stab und einen Überzug aus Gläsern, zwischen denen ein Ionenaustausch stattfinden kann;

Erhitzen und Ziehen des Vorformlings in einem Ausmaße, das der Stab aus Glas einen Durchmesser erhält, der den erwünschten Durchmesser der Linsen in dem Bauelement entspricht;

Unterteilung des bei dem Ziehvorgang erhaltenen Produkts in eine Vielzahl von Längsstücken; Zusammenfassen der Längsstücke zu einer geordneten Anordnung;

Erhitzen der Anordnung auf eine Temperatur, welche ausreicht, um das Glas des Überzugs zu einer homogenen Matrix zu verschmelzen, welche jeweils das Glas der Stäbe umgibt und gleichzeitig eine Ionendiffusion von dem einen der Gläser in das andere der Gläser bis zu einem derartigen Grade bewirkt, daß das Glas der Stäbe in radialer Fichtung eine Gradation des Brechungsindex aufweist; und während einer Stufe dieses Verfahrens und Zurechtschneiden der Glasstäbe auf Längsstücke, welche ihnen die erwünschte Bildübertragungseigenschaften geben, sowie optisches Polieren entgegengesetzter Stirnflächen derselben.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gläser der überzüge zumindest teilweise lichtabsorbierendc Gläser verwendet sind.