DE3336070C2

DE3336070C2 - Vario-Projektionsvorrichtung zur streifenweisen Abbildung einer Vorlage

Info

Publication number: DE3336070C2
Application number: DE3336070A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Tokuhara; Setsuo Minami
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-10-05
Filing date: 1983-10-04
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2003-10-05
Also published as: JPS5964810A; GB2131197A; GB8325889D0; GB2131197B; DE3336070A1; JPH0221564B2; US4586814A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vario-Projektionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine solche Vario-Projektionsvorrichtung ist bekannt (DE-31 40 841-A1). Diese bekannte Vario-Projektionsvorrichtung, die beispielsweise bei einem Kopiergerät Anwendung findet, ermöglicht es, das Bild mit entsprechend der Brennweite des Objektivs verändertem Abbildungsmaßstab zu erzeugen. Vorteilhaft bei der bekannten Vario-Projektionsvorrichtung ist, daß das Objektiv vergleichsweise kompakt ist und bei den verschiedenen Brennweiten eine gute Abbildungsleistung liefert. Die Änderung der Brennweite des Objektivs zum Zweck der Änderung des Abbildungsmaßstabes ist begleitet von einer Änderung der Beleuchtungsstärke auf dem Bildempfangsmaterial. Dies hat eine Änderung der Belichtung auf dem Bildempfangsmaterial zur Folge, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, um dem vorzubeugen. Solche besonderen Maßnahmen sind jedoch in der DE-OS 31 40 841 nicht erwähnt.

Um trotz einer Änderung des Abbildungsmaßstabes die Belichtung konstant zu halten, kann erwogen werden, im Zusammenhang mit der Änderung des Abbildungsmaßstabes die Blendenstellung des Objektivs zu ändern. Ferner kann erwogen werden, die von einer Beleuchtungseinrichtung, mittels derer die Vorlage beleuchtet wird, abgegebene Lichtmenge dem jeweiligen Abbildungsmaßstab derart anzupassen, daß sich konstante Belichtung ergibt. Diese Nachstell- bzw. Nachführvorgänge erfordern jedoch zusätzliche Stelleinrichtungen.

Durch die DE-OS 29 15 408 ist eine Vario-Projektionsvorrichtung bekannt, deren Objektiv eine konstante Brennweite hat. Bei dieser bekannten Vario-Projektionsvorrichtung kann vorgesehen sein, daß nahe dem Objekt bzw. der abzubildenden Vorlage eine spaltförmige Feldblende vorgesehen ist, deren wirksame Spaltbreite bei einer Änderung des Abbildungsmaßstabes geändert wird. Auch dies erfordert eine zusätzliche Stellvorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vario-Projektionsvorrichtung dahingehend auszubilden, daß bei einer Änderung des Abbildungsmaßstabes die Belichtung auf dem Bildempfangsmaterial im wesentlichen unverändert bleibt, wobei dies bei möglichst geringem konstruktiven Aufwand erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vario-Projektionsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch gelöst, das heißt im wesentlichen dadurch, daß zur Erzielung einer vom Abbildungsmaßstab unabhängigen Belichtung bei konstanter Öffnung der Mittenblende zwischen dem Objektiv und der Vorlage nahe derselben eine spaltförmige, den Abbildungsstreifen definierende Feldblende konstanter Breite angeordnet ist, wobei für den Abstand P der Feldblende von der Vorlage gilt | P | « l, mit l gleich dem Abstand zwischen der Austrittspupille des Objektivs und dem Bildempfangsmaterial, und bei der Änderung des Abbildungsmaßstabes sich die Brechkraft ϕ_β jeder der beiden Linsengruppen des Objektivs gemäß der Beziehung

ändert.

Im Zusammenhang mit der gattungsbildenden Vario-Projektionsvorrichtung ist in der DE-31 40 841-A1 ein Objektiv beschrieben, dessen beide Linsengruppen die vorstehend genannte Brechkraftbedingung erfüllen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird eine im wesentlichen konstante Belichtung auf dem Bildempfangsmaterial trotz einer Änderung des Abbildungsmaßstabes erreicht. Die Tatsache, daß die Öffnung der Mittenblende sowie die Spaltenbreite der vorlagenseitigen Feldblende dabei nicht verändert werden, erübrigt es, in diesem Zusammenhang Nachführ- oder Nachstelleinrichtungen vorzusehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematisch den Aufbau einer Vario-Projektionsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Ausführungsform der Vario-Projektionsvorrichtung;

Fig. 4 die Abhängigkeit der Belichtung vom Abbildungsmaßstab bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3; und

Fig. 5 ein Beispiel für die Anwendung der Vario-Projektionsvorrichtung bei einem Kopiergerät.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Vario-Projektionsvorrichtung gemäß der Erfindung, die im folgenden kurz als Vorrichtung bezeichnet wird. Dargestellt sind eine zweidimensionale Vorlage 1, eine spaltförmige, den Abbildungsstreifen auf der Vorlage 1 begrenzende Feldblende 2, ein Objektiv 3, das eine kontinuierlich veränderbare Brennweite aufweist und mit Linsengruppen 4 sowie 6, die eine bezüglich einer Mittenblende 5 symmetrische Ausbildung und gleiche Brechkraft haben, versehen ist, und ein Bildempfangsmaterial 7, z. B. ein lichtempfindliches Medium. In dem projizierenden Objektiv 3 werden ein Teil der oder alle die Linsengruppen 4, 6 bildenden optischen Elemente symmetrisch mit Bezug zur Mittenblende 5 in Richtung der in Fig. 1 angegebenen Pfeile bewegt, um die Brennweite, d. h. die Brechkraft zu verändern. Um eine optisch konjugierte Beziehung zwischen der Vorlage 1 und dem Bildempfangsmaterial 7 aufrechtzuerhalten, werden das Objektiv 3 sowie ein (nicht gezeigter) Reflexionsspiegel, der zwischen der Vorlage und dem Bildempfangsmaterial angeordnet ist, bewegt oder wird nur das Objektiv 3 bewegt, während die optische Weglänge zwischen der Vorlage sowie dem Bildempfangsmaterial konstant gehalten wird.

Die den Abbildungsstreifen auf der Vorlage begrenzende Feldblende 2 ist in der Nähe der Vorlage angeordnet, und zwar in einem Abstand P von der Vorlage innerhalb eines Bereichs von mehreren Prozent bis etwa 10% der optischen Weglänge. Dabei gilt | P | « l, wobei l der Abstand zwischen der Austrittspupille und dem Bildempfangsmaterial 7 ist. Dieser Bereich stellt den Toleranzbereich dar, den die gewünschte Belichtungskonstanz zuläßt.

Fig. 2 zeigt die Abbildungsbeziehung. Der Abbildungsmaßstab sei β.

In Fig. 2 sind die Spaltbreite der in der Nähe der Vorlage 1 befindlichen Feldblende 2 mit w_o, die Breite des Spaltbildes auf dem Bildempfangsmaterial 7 mit W_β, der Durchmesser der Mittenblende 5 mit Φ_p, der Radius der Eintrittspupille mit D_β, der Durchmesser der Eintrittspupille mit Φ_E und die konstante Bewegungsgeschwindigkeit des Bildempfangsmaterials 7 mit v bezeichnet. Die Brennweite des Objektivs 3 ist f_β. Damit wird die Belichtung K_β,

worin E eine Konstante ist, die durch die Beleuchtungsstärke an der Vorlage 1 bestimmt ist.

Da der Abstand P zwischen der spaltförmigen Feldblende 2 und der Vorlage 1 die Beziehung zum Abstand l zwischen der Austrittspupille und dem Bildempfangsmaterial 7 von | P | « l hat, gilt

W_β≈ βW_o (2)

Nimmt man an, daß der Pupillenabbildungsmaßstab β_S ist, der definiert ist als

dann folgt

In Gleichung (1) ist der mit Änderung des Abbildungsmaßstabs β sich ändernde Ausdruck

der unter Verwendung der Gleichungen (2) und (3) umgewandelt werden kann zu

Da W_o und Φ_P unabhängig vom Abbildungsmaßstab β konstant sind, ist somit allein der Ausdruck

in Gleichung (5) zu untersuchen.

Da das Objektiv 3 mit Bezug zur Mittenblende 5 ein symmetrisches optisches System ist, besteht zwischen β_S und f_β die Beziehung

worin Φ_β die Brechkraft des gesamten Objektivs ist, während ϕ_β die Brechkraft der vor der Mittenblende 5 angeordneten Linsengruppe 4 und auch die Brechkraft der hinter der Mittenblende 5 angeordneten Linsengruppe 6 ist. Gleichung (6) wird nun in den zu untersuchenden Ausdruck eingesetzt, wodurch erhalten wird:

Demzufolge kann die Belichtung ohne Rücksicht auf den Wert β des Abbildungsmaßstabes konstant gehalten werden, wenn der in Gleichung (7) in der eckigen Klammer enthaltene Ausdruck einen praktisch konstanten Wert hat.

In Gleichung (7) ändert sich

direkt mit β, so daß es lediglich nötig ist, den Wert von ϕ_β derart zu ändern, daß das Verhältnis von

zu ϕ_β² ein im wesentlichen konstanter Wert wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist das Objektiv symmetrisch mit Bezug zur Mittenblende 5 angeordnet. Jede der beiden Linsengruppen zu beiden Seiten der Blende 5 ist ein Vario-Objektiv aus vier Linsen. Drei nahe der Mittenblende 5 auf deren beiden Seiten symmetrisch angeordnete Linsen bewegen sich relativ zur Mittenblende 5, um eine stufenlose Verstellung der Brennweite zu bewirken. Die Vario-Objektive verändern ihre Brennweite und bewegen sich in Richtung der optischen Achse, um die Vorlage 1 und das Bildempfangsmaterial 7 optisch konjugiert zu halten. Bei dem Objektiv gemäß Fig. 3 wird, auch wenn sich die Brennweite ändert, die optische Weglänge zwischen der Vorlage 1 und dem Bildempfangsmaterial immer konstant gehalten. In Fig. 3 bezeichnet Ri den Krümmungsradius der i-ten Fläche, gesehen von der Objektseite, Di bezeichnet einen Luftspalt auf der optischen Achse zwischen der i-ten sowie der i+1. Fläche. Die neunte Fläche ist die Mittenblende; νi und Ni geben die Abbesche Zahl und den Brechungsindex der i-ten Linse an:

Abstand zwischen der Vorlage 1 und dem Bildempfangsmaterial 7: 922,74
Abstand zwischen der Vorlage 1 und der Blende 2: 28,0
Spaltbreite W_o der Blende 2: 7,7
Durchmesser Φ_p der Mittenblende 5: 33,5
Durchmesser Φ_E der Eintrittspupille: 37,9

Fig. 4 zeigt die Änderung der Belichtung auf dem Bildempfangsmaterial während einer Änderung d. Abbildungsmaßstabes für die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung, wobei auf der Ordinate die Belichtung in Prozent und auf der Abszisse der Abbildungsmaßstab aufgetragen sind und der bei dem Abbildungsmaßstab 1 vorliegende Wert der Belichtung als Ursprung mit 100% angesetzt ist. Wie Fig. 4 erkennen läßt, liegt die Änderung der Belichtung innerhalb von 1% bei einer Änderung des Abbildungsmaßstabes im üblicherweise erforderlichen Bereich, so daß die Belichtung in ausgezeichneter Weise konstant gehalten wird.

Fig. 5 zeigt ein Kopiergerät, bei dem eine Vario-Projektionsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art zur Anwendung kommt. Eine Andruckplatte 11 aus Glas, auf der die Vorlage liegt, wird synchron mit einer lichtempfindlichen Trommel 19 in Richtung des Pfeils bewegt. Reflektierende Bauteile 13, 14 sammeln das Licht von einer Lichtquelle 12 in Form eines Spaltes auf der Andruckplatte 11. Es sind zwei stationäre Spiegel 15 und 17 vorhanden. Ein projizierendes Objektiv 16, wie es vorher beschrieben wurde, das sich in der Pfeilrichtung bewegt, d. h. in der Richtung der optischen Achse, wenn der Abbildungsmaßstab verändert wird, bildet auf der lichtempfindlichen Trommel 19 ein Spaltbild ab. Um den Ort der Bildebene an den Ort des Bildempfangsmaterials im Fall eines sich ändernden Abbildungsmaßstabes anzupassen, bewegt sich das Objektiv 16 in der Richtung der optischen Achse und kann auch nach einem üblichen Verfahren in der zur optischen Achse vertikalen Richtung einer zur Längserstreckung des Spaltes einer spaltförmigen Feldblende 18 parallelen Ebene bewegt werden. Die Blende 18 ist nahe der Andruckplatte 11 angeordnet und weist eine unveränderbare Spaltbreite auf, der die Breite des Spaltbildes auf der lichtempfindlichen Trommel 19 zugeordnet ist. Um die Trommel 19 herum ist das Bildempfangsmaterial 20 angeordnet, das eine leitfähige Basis, eine Photowiderstandsschicht und eine transparente, isolierende Oberflächenschicht - in dieser Reihenfolge übereinander - umfaßt. Ferner sind Koronaentlader 21 bzw. 22, eine Lampe 23, eine Entwicklungsvorrichtung 24, Walzen 25 und 26, ein Transferpapier 27, ein Koronaentlader 28, Walzen 29, 30 sowie eine elastische Klinge 31 vorhanden.

Die Trommel 19 wird durch einen (nicht gezeigten) Motor in Richtung des Pfeils gedreht. Das Bildempfangsmaterial 20 empfängt durch den Koronaentlader 21 eine gleichförmige Ladung an seiner Oberfläche, deren Polarität im Fall einer Halbleiter-Photowiderstandsschicht vom N-Typ positiv, im Fall einer solchen vom P-Typ negativ ist. Dann empfängt das Bildempfangsmaterial 20 durch das Objektiv 16 unter gleichzeitiger Entladung durch den Koronaentlader 22 eine Belichtung, um ein dem Bild der Vorlage entsprechendes Ladungsmuster auf dem Bildempfangsmaterial zu bilden. Das Bildempfangsmaterial wird durch die Lampe 23 ganzflächig gleichförmig belichtet, und es wird auf ihm ein elektrostatisches latentes Bild von ausgezeichnetem Kontrast gebildet. Dieses latente Bild wird als Tonerbild durch die Entwicklungsvorrichtung 24, die von Kaskaden- oder Magnetbürstenbauart sein kann, sichtbar gemacht, und das Tonerbild wird auf das Transferpapier 27 übertragen, welches durch die Walzen 25, 26 in Anlage am Bildempfangsmaterial 20 gehalten und mit gleicher Geschwindigkeit wie dieses bewegt wird. Um an der Übertragungsstelle die Übertragungsleistung zu steigern, wird auf die Rückseite des Transferpapiers an der Übertragungsstelle vom Koronaentlader 28 eine Ladung mit einer zur Tonerbildentwicklung entgegengesetzten Polarität aufgebracht. Das auf das Transferpapier 27 übertragene Tonerbild wird durch eine geeignete Fixiervorrichtung, z. B. eine Wärmefixiervorrichtung mit einem mit dem Papier 27 in enger Berührung befindlichen Walzenpaar 29 und 30, fixiert, worauf das Transferpapier einem (nicht gezeigten) Behältnis zugeführt wird.

Der nach Beendigung der Übertragung auf der Oberfläche des Bildempfangsmaterials 20 verbliebene Toner wird von der Kante der elastischen Klinge 31 zur Reinigung abgestreift, so daß die Oberfläche wieder sauber wird, um für den nächsten Abbildungszyklus verwendet zu werden.

Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform ist die spaltförmige Feldblende eine Platte mit einem Spalt. Diese kann durch ein nahe der Vorlage angeordnetes reflektierendes Bauteil ersetzt werden, das ein Reflexionsspiegel von geringer Breite sein kann, durch die die Spaltbreite dieser Art von Feldblendebegrenzungseinrichtung definiert ist. Demzufolge ist es im Fall eines herkömmlichen Abtastsystems, bei welchem sich eine bewegbare Spiegelgruppe mit einem Geschwindigkeitsverhältnis von 2 : 1 bewegt, um die Vorlage abzutasten, möglich, dieselbe Wirkung wie mit einer Platte mit einem Spalt dem Spalt durch geeignete Wahl der Breite des sich bewegenden Spiegels zu erhalten.

Aus dem Obigen ergibt sich, daß es mit der beschriebenen Vario-Projektionsvorrichtung möglich ist, eine im wesentlichen konstante Belichtung ohne ein mechanisches Bewegen eines Teils des optischen Systems synchron mit dem Änderungsvorgang des Abbildungsmaßstabes zu erhalten.

Claims

Vario-Projektionsvorrichtung zur streifenweisen Abbildung mit veränderbarem Abbildungsmaßstab, einer Vorlage auf ein mit konstanter Geschwindigkeit bewegtes Bildempfangsmaterial, mit einem zum Projizieren dienenden Objektiv veränderbarer Brennweite, das eine Mittenblende und zwei zur Mittenblende symmetrische Linsengruppen aufweist, wobei zur Brennweitenänderung die beiden Linsengruppen oder Elemente derselben symmetrisch relativ zur Mittenblende bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer vom Abbildungsmaßstab β unabhängigen Belichtung bei konstanter Öffnung der Mittenblende (5) zwischen dem Objektiv (3, 16) und der Vorlage (1) nahe derselben eine spaltförmige, den Abbildungsstreifen definierende Feldblende (2, 18) konstanter Breite angeordnet ist, wobei für den Abstand P der Feldblende (2, 18) von der Vorlage (1) gilt | P | « l, mit l gleich dem Abstand zwischen der Austrittspupille des Objektivs (3, 16) und dem Bildempfangsmaterial (7, 20), und bei der Änderung des Abbildungsmaßstabes β sich die Brechkraft ϕ_β jeder der beiden Linsengruppen des Objektivs (3, 16) gemäß der Beziehung ändert.