DE3881110T2

DE3881110T2 - Telezentrisches optisch abbildendes system fuer grosse bildgroessen.

Info

Publication number: DE3881110T2
Application number: DE8888111319T
Authority: DE
Inventors: Takahisa Dainippon Scr Hayashi; Zenji Dainippon Scree Wakimoto
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1987-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1993-09-02
Anticipated expiration: 2008-07-15
Also published as: DE3881110D1; KR910006840B1; EP0299474A3; KR890002685A; EP0299474A2; JPH042928B2; JPS6419317A; EP0299474B1; US4929066A

Description

Diese Erfindung betrifft ein telezentrisches optisch abbildendes System nach den Merkmalen des ersten Teils von Anspruch 1, wie aus der Inhaltsangabe von A 2593 K/01 SU-A- 909,652 bekannt.
Bei bekannten telezentrischen optisch abbildenden Systemen fällt der sekundäre Brennpunkt einer ersten Linsengruppe, die eine positive Brennweite aufweist und vor einer Linse angeordnet ist, die im Zentrum des optischen Systems angeordnet ist, mit der Hauptbrennweite einer zweiten Linsengruppe, die eine positive Brennweite aufweist und hinter der zentralen Linse angeordnet ist, zusammen. Bei dieser Anordnung wird, wenn ein Objekt oder ein reelles Bild, das durch ein optisches System abgebildet wird, das vor der ersten Linsengruppe angeordnet ist, in der Nähe des Hauptbrennpunkts der ersten Linsengruppe plaziert ist, ein reelles Bild, dessen Vergrößerung dem Verhältnis zwischen den Brennweiten der ersten und zweiten Gruppen entspricht, in der Nähe des sekundären Brennpunkts der zweiten Linsengruppe abgebildet.
In diesem Fall ist, wenn der Abstand zwischen den Hauptpunkten der jeweiligen Linsen ignoriert wird, der Abstand zwischen dem Objekt und der Abbildung ungefähr zweimal so groß wie die Summe der Brennweiten der Linsengruppen.
In solch einem telezentrischen optisch abbildenden System ist es schwierig einen breiten Blickwinkel zu schaffen. Daher ist es nötig, wenn eine große Abbildungsgröße benötigt wird, das optische System groß zu machen, wodurch gefordert wird, daß ein Gerät, das solch ein optisches System enthält, groß ist.
Solch ein optisches System kann, beispielsweise, in einem Bildleser zum Lesen eines Originaldokuments durch einen Festkörperbildsensor (z. B. ein CCD), in einem Belichtungsapparat zum Drucken von Maskenmustern eines IC oder eines LSI's auf eine Halbleiterplatte, in einem Abtast-Aufnehm- Apparat, wie einem Laserdrucker, in einem Laserdrucker oder dergleichen enthalten sein. Ein telezentrisches optisch abbildendes System wird in diesen Geräten benutzt, da die Abbildungsgröße nicht verändert wird, wenn der Objektabstand geändert wird. Außerdem wahrt die Benutzung eines telezentrischen optisch abbildenden Systems die Auflösung vor Degradation und die Intensität von Randstrahlen davor, reduziert zu werden.
Die gegenwärtige Erfindung hat als Ziel, die obenbeschriebenen Probleme zu lösen.
Demgemäß liefert die Erfindung ein telezentrisches optisch abbildendes System mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Gegenstand der Unteransprüche sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Da die bikonvexe Linse mit einer positiven Brennweite zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe, die das telezentrische optisch abbildende System bilden, angeordnet ist, wird die telezentrische Charakteristik erhalten, während Objektabstand und Bildabstand verkürzt werden. Demgemäß wird der Abstand zwischen dem Objekt und dem Bild verkleinert.
Es ist zu bemerken, daß, wenn die Brechungsleistung der Konvexlinse, die zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe angeordnet ist, so groß ist, daß der Objektabstand und der Bildabstand reduziert wird, die Bildkrümmung größer wird. Um solch ein Vorkommen zu verhindern, wird eine konkave Linse, die eine negative Brennweite hat, in der ersten bzw. zweiten Linsengruppe angeordnet, um die Krümmung des Bildes zu korrigieren, wodurch die Bildoberfläche geglättet wird und der Bildgröße ermöglicht wird, vergrößert zu werden.
Damit die Erfindung leichter verstanden werden kann, werden Ausführungsformen derselben mittels Beispielen und in bezug auf die beiliegenden Abbildungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die die wesentliche Konstruktion und Anordnung eines telezentrischen optisch abbildenden Systems, das die gegenwärtige Erfindung verkörpert, zeigt;
Fig. 2 Aberrationskurven zeigt, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus des ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels, darstellen;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 4 Aberrationskurven für das zweite Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines dritten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 6 Aberrationskurven des dritten Ausführungsbeispieles zeigt;
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines vierten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 8 Aberrationskurven des vierten Ausführungsbeispieles zeigt;
Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines fünften Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 10 Aberrationskurven für das fünfte Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines sechsten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 12 Aberrationskurven für das sechste Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 13 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines siebten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 14 Aberrationskurven für das siebte Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 15 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines achten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 16 Aberrationskurven des achten Ausführungsbeispieles zeigt;
Fig. 17 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines neunten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 18 Aberrationskurven des neunten Ausführungsbeispieles zeigt;
Fig. 19 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung ist, die die komplette Anordnung des fünften Ausführungsbeispieles zum Vergleich mit dem in Fig. 21 gezeigten Linsensystem zeigt;
Fig. 20 Aberrationskurven für das in Fig. 19 gezeigte Linsensystem zeigt;
Fig. 21 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines zehnten Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 22 Aberrationskurven des zehnten Ausführungsbeispieles zeigt;
Fig. 23 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung gemäß eines elften Ausführungsbeispieles ist;
Fig. 24 Aberrationskurven des elften Ausführungsbeispieles zeigt;
Fig. 25 eine schematische Ansicht eines bekannten telezentrischen optisch abbildenden Systems, das einen Bereich hinter dem Zentrum, an welchem die Brennpunkte der Linsengruppen zusammenfallen, zeigt;
Fig. 26 Aberrationskurven des bekannten, in Fig. 25 gezeigten Systems zeigt;
Fig. 27 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Geräts zeigt, mit welchem ein die gegenwärtige Erfindung verkörperndes, optisches System verwendet wird;
Fig. 28 eine schematische Ansicht ist, die die Bewegung eines Abtastkopfes des Geräts von Fig. 27 zeigt; und
Fig. 29 eine schematische Ansicht ist, die den Abtastkopfbereich des Geräts von Fig. 27 zeigt.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 gezeigt und veranschaulicht die grundsätzliche Konstruktion und Anordnung eines telezentrischen optisch abbildenden Systems gemäß der gegenwärtigen Erfindung, in welchem Linsengruppen symmetrisch bezüglich der zentralen Ebene einer bikonvexen Linse (im Anschluß als zentrale Linse bezeichnet), die an dem Zentrum des optischen Systems plaziert ist, angeordnet sind. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 1 gezeigt sind, sind in TABELLE 1 aufgelistet. TABELLE 1 d&sub0;: 127.39 Abstand zwischen Objekt und Bild; 419.38; Abbildungsvergrößerung: 1.0; Abmessung der Bildebene: 40 ; F-Zahl: 9.1 (NA: 0.055) Wobei (r) der Krümmungsradius der Seiten der jeweiligen Linsen ist; (d&sub0;) der Abstand zwischen dem Objekt und der Stirnseite mit der Krümmung r&sub1; ist; d&sub1; bis d&sub1;&sub3; die mittige Dicke der jeweiligen Linsen oder den Abstand zwischen den Linsen entlang der optischen Achse kennzeichnen; (n) der Brechungsindex der jeweiligen Linsen bezüglich der Wellenlänge von 587.6 nm ist; (ν) die Abbe-Zahl der jeweiligen Linsen ist.
Figur 2 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus illustrieren, die durch die Linsen in dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 hervorgerufen werden.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist das Linsensystem aus einzelnen Linsen zusammengesetzt, aber vorzugsweise sind einige der Linsen zusammengekittet, wobei ein Glasmaterial mit bezüglich den Linsen unterschiedlichem Brechungsindex und Dispersionsfaktor benutzt wird, so daß chromatische Aberration der Linsen korrigiert wird. Der hierbei benutzte Ausdruck, Glasmaterial, schließt ein Plastikmaterial mit ein.
In jedem der im Anschluß zu beschreibenden Ausführungsbeispielen zwei bis acht werden zusammengekittete Linsen benutzt, um chromatische Aberrationen zu korrigieren und Abbildungsoberflächen zu ebnen. Um die Zeichnungen zu vereinfachen, wird eine ebene Fläche angenommen, die im rechten Winkel zur optischen Achse vertikal die bikonvexe Linse (zentrale Linse) an ihrem Zentrum schneidet, und nur Linsen, die hinter dieser ebenen Fläche angeordnet sind, werden gezeigt.
Demgemäß ist in dem zweiten bis achten Ausführungsbeispiel r&sub1; = ∞, was der obenbeschriebenen ebenen Fläche entspricht.
Jede der Abbildungen (Figuren 3 bis 16) der sphärischen Aberrationen und Astigmatismen in den zweiten bis achten Ausführungsbeispielen zeigt nur den Bereich hinter der ebenen Fläche. Daher sind, wenn die Linsengruppen symmetrisch bezüglich der ebenen Fläche in jedem der Ausführungsbeispiele zwei bis acht angeordnet sind, die sphärische Aberration und der Astigmatismus mehr als zweimal so groß, als wie in den Abbildungen gezeigt.

Zweites Ausführungsbeispiel

Figur 3 zeigt eine Linsenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispieles, in welchem die Linsen von einer Linsengruppe zusammengekittet sind, um die chromatische Aberration zu korrigieren und die Abbildungsoberfläche zu ebnen. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 3 gezeigt sind, sind in TABELLE 2 aufgelistet. TABELLE 2 Brennweite: 100; F-Zahl: 8.3 Hinterer Fokus: 120.54; Bildgröße: 40 (Blickwinkel: 23º) wobei (r) der Krümmungsradius der Seiten der jeweiligen Linsen ist; d&sub1; bis d&sub8; die Dicke der jeweiligen Linsen oder den Abstand zwischen benachbarten Seiten der Linsen kennzeichnen; (n) der Brechungsindex der jeweiligen Linsen bezüglich der Wellenlänge von 587.6 nm ist; (ν) die Abbe-Zahl der jeweiligen Linsen ist.
Figur 4 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus illustrieren, die durch die Linsen des zweiten Ausführungsbeispieles hervorgerufen werden.

Drittes Ausführungsbeispiel

Figur 5 zeigt eine Linsenanordnung eines dritten Ausführungsbeispieles, in welchem zwei Linsengruppen zusammengekittet sind, um die chromatische Aberration zu korrigieren und die Abbildungsfläche zu ebnen. Die Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 5 gezeigt sind, sind in TABELLE 3 aufgelistet. TABELLE 3 Brennweite: 100; F-Zahl: 8.3; Hinterer Fokus: 120.74; Bildgröße: 40 (Blickwinkel: 23º)
Figur 6 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus darstellen, die durch die Linsen in dem dritten Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Figur 7 zeigt eine Linsenanordnung eines vierten Ausführungsbeispieles, in welchem ähnlich zu dem dritten Ausführungsbeispiel zwei Linsengruppen aneinander gekittet sind. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 7 gezeigt sind, sind in TABELLE 4 aufgelistet. TABELLE 4 Brennweite: 100; F-Zahl: 8.3; Hinterer Fokus: 118.82; Bildgröße: 40 (Blickwinkel: 23º)
Figur 8 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus darstellen, die durch die Linsen in dem vierten Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Figur 9 zeigt eine Linsenanordnung eines fünften Ausführungsbeispieles, in welchem ähnlich zu dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel zwei Linsengruppen zusammengekittet sind, um die chromatische Aberration zu korrigieren und die Bildoberfläche zu glätten. Linsendaten der jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 9 gezeigt sind, sind in TABELLE 5 aufgelistet. TABELLE 5 Brennweite: 100; F-Zahl: 8.3; Hinterer Fokus: 118.38; Bildgröße: 40 (Blickwinkel: 23º)
Figur 10 zeigt Aberrationskurven, die die sphärischen Aberrationen und Astigmatismen illustrieren, die durch die Linsen in dem fünften Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Figur 11 zeigt eine Linsenanordnung eines sechsten Ausführungsbeispieles, in welchem drei Linsengruppen aneinander gekittet sind, um die chromatische Aberration zu korrigieren und die Bildoberfläche zu glätten. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 11 gezeigt sind, sind in TABELLE 6 aufgelistet. TABELLE 6 Brennweite: 100; F-Zahl: 8.3; Hinterer Fokus: 118.49; Bildgröße: 40 (Blickwinkel: 23º)
Figur 12 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus darstellen, die durch die Linsen in dem sechsten Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.
Wenn die in Figur 11 gezeigten Linsen symmetrisch bezüglich der obenbeschriebenen ebenen Fläche, die vertikal die Linse schneidet, die an dem Zentrum des optischen Systems angeordnet ist, sind, sind zwei Linsen zusammengekittet, wobei die bikonvexe Linse an dem Zentrum der drei Linsen angeordnet ist. In diesem Linsensystem sind die fünf konvexen Linsen aus Kruz- Flint-Glas hergestellt. Die Benutzung des Kruz-Flint-Glases reduziert die chromatische Aberration um das 1/2 bis 1/3- fache.

Siebtes Ausführungsbeispiel

Figur 13 zeigt eine Linsenanordnung eines siebten Ausführungsbeispieles, in welchem die Kombination der Linsen unterschiedlich von denen des dritten bis fünften Ausführungsbeispieles ist, aber ähnlich zu diesen drei Ausführungsbeispielen, wobei zwei Linsengruppen zusammengekittet sind. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 13 gezeigt sind, sind in TABELLE 7 aufgelistet. TABELLE 7 Brennweite: 100; F-Zahl: 8.3; Hinterer Fokus: 111.37; Bildgröße: 40 (Blickwinkel: 23º)
Figur 14 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus illustrieren, die durch die Linsen in dem siebten Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.

Achtes Ausführungsbeispiel

Figur 15 zeigt eine Linsenanordnung, die ein achtes Ausführungsbeispiel zeigt, in welchem ähnlich zu dem siebten Ausführungsbeispiel zwei Linsengruppen aneinander gekittet sind. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 15 gezeigt sind, sind in TABELLE 8 aufgelistet. TABELLE 8 Brennweite: 100; F-Zahl: 8.3; Hinterer Fokus: 112.07; Bildgröße: 40 (Blickwinkel: 23º)
Figur 16 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus zeigen, die durch die Linsen in dem achten Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.
Die Ausführungsbeispiele zwei bis acht, die in den Figuren 3 bis 16 gezeigt sind, sind Modifikationen des ersten Ausführungsbeispieles, in welchem eine Linsengruppe aus einer Anzahl von Linsen, die mit einem Glasmaterial, das bezüglich der Linsen einen unterschiedlichen Brechungsindex und ein unterschiedliches Dispensionsvermögen hat, zusammengekittet ist, so daß die chromatische Aberration korrigiert wird, und die Bildoberfläche eben gemacht wird. Der ebenen, im rechten Winkel zu der optischen Achse stehenden Fläche wird unterstellt, daß sie vertikal das Zentrum der bikonvexen Linse, die im Zentrum des Linsensystems und in dem Bereich hinter der ebenen Fläche angeordnet ist, schneidet.
Figur 25 zeigt ein Beispiel eines bekannten telezentrischen optisch abbildenden Systems, in welchem eine bikonvexen Linse nicht im Zentrum des Linsensystems angeordnet ist. Linsendaten für die jeweiligen Linsen sind in TABELLE 9 aufgelistet. TABELLE 9 d&sub0;: 96.0 Brennweite: 100; F-Zahl: 8.3; Hinterer Fokus: 94.60; Bildgröße: 14 (Blickwinkel: 8º) wobei (r) der Krümmungsradius der Seiten der jeweiligen Linsen ist; (d) die Dicke der Linsen ist; (n) den Brechungsindex der Linsen bezüglich der Wellenlänge von 587.6 nm kennzeichnet; (ν) die Abbe-Zahl kennzeichnet; (d&sub0;) den Abstand zwischen einem Objekt und der Stirnseite mit der Krümmung r&sub3; (+ 136.35) kennzeichnet, wenn die Linsen symmetrisch bezüglich der ebenen Fläche, die vertikal das Zentrum der Linse, die im Zentrum des Linsensystems, das in Figur 25 gezeigt ist, angeordnet ist, schneidet.
Figur 26 illustriert die sphärische Aberration und den Astigmatismus, die durch die Linsen des telezentrischen optisch abbildenden Systems, das in Figur 25 gezeigt ist, hervorgerufen werden.
Im Vergleich der obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele mit dem bekannten telezentrischen optisch abbildenden System ist es augenscheinlich, daß ein telezentrisches optisch abbildendes System, das die gegenwärtige Erfindung verkörpert, einen breiteren Blickwinkel hat. Das heißt, daß die Länge des telezentrischen optisch abbildenden Systems in jedem der obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele fast gleich ist mit dem bekannten telezentrischen optisch abbildenden System, das in Figur 25 gezeigt ist, aber die Abmessung der Abbildungsebene, die gebildet werden kann, im wesentlichen größer als die des obenbeschriebenen telezentrischen optisch abbildenden Systems ist. In der Praxis kann dies mehr als dreimal so groß sein.
In jedem der obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele zwei bis acht fällt der Hauptbrennpunkt des Linsensystems nicht mit der ebenen Fläche zusammen, die im rechten Winkel zu der optischen Achse ist und vertikal das Zentrum der zentralen, bikonvexen Linse schneidet, aber ist in der Nähe der ebenen Fläche angeordnet. Das kommt daher, daß die Charakteristik des telezentrischen optisch abbildenden Systems nicht durch den Einfluß der sphärischen Aberration des Linsensystems verschlechtert wird. Tatsächlich fällt die Position eines minimalen Verwischungskreises, der durch einen parallelen Lichtstrom gebildet wird, der von einer Abbildung auf das Linsensystem einfällt, mit der obenbeschriebenen ebenen Fläche zusammen.
Demgemäß erlaubt die symmetrische Anordnung der Linsengruppe bezüglich der obenbeschriebenen ebenen Fläche in den Ausführungsbeispielen zwei bis acht die Bildung eines telezentrischen optisch abbildenden Systems, in welchem die Objektgröße um eins vergroßert wird, d.h., der große Blickwinkel ist breit, d.h., die Objektgröße ist groß.
Der gleiche Effekt kann auch durch Herstellen einer Position, die ein bißchen vor der obenbeschriebenen ebenen Fläche, der Referenzfläche, zu welcher das Linsensystem symmetrisch angeordnet ist, liegt, erhalten werden. In diesem Fall ist ein Luftraum in der mittigen Ebene der bikonvexen Linse vorhanden.
Es ist möglich, den gleichen Effekt durch Kombination der Linsensysteme der Ausführungsbeispiele zwei bis acht zu erhalten. Ein neuntes Ausführungsbeispiel, was im Anschluß zu beschreiben ist, ist die Kombination von den Ausführungsbeispielen sieben und acht.

Neuntes Ausführungsbeispiel

Figur 17 zeigt eine Linsenanordnung eines neunten Ausführungsbeispieles, in welchem die Linsensysteme der Ausführungsbeispiele sieben und acht miteinander kombiniert sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird die durch eine Wellenlänge hervorgerufenen Astigmatismusänderung durch die Linsengruppen korrigiert, die vor und hinter der ebenen Fläche, die am Mittelpunkt des Linsensystems plaziert ist, angeordnet sind, so daß der Astigmatismus in diesem Ausführungsbeispiel kleiner als für ein Linsensystem ist, das perfekt symmetrisch bezüglich der zentral angeordneten ebenen Fläche ist. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 17 gezeigt sind, sind in TABELLE 10 aufgelistet. TABELLE 10 d&sub0; (Abstand zwischen Objekt und Fläche der Stirnseite mit der Krümmung r&sub1;): 111.37; Abstand zwischen Objekt und Bild: 417.44; Abbildungsvergrößerung: 1; Bildgröße: 40 ; F-Zahl: 8.0 (NA: 0.063)
Figur 18 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus darstellen, die von den Linsen in dem neunten Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.
Figur 19 zeigt ein Linsensystem, in welchem das Linsensystem des fünften Ausführungsbeispieles, das in Figur 9 gezeigt ist, symmetrisch relativ zu der Stirnseite mit der Krümmung r&sub1; angeordnet ist. Dieses Linsensystem formt ein optisch abbildendes System, in welchem die Abbildung eines Objektes um eins vergrößert wird. Dieses Linsensystem ist zum Vergleich mit dem Linsen-system, das in Figur 21 gezeigt ist, vorgesehen.
Die Linsendaten für die Linsen, die in Figur 19 gezeigt sind, sind in der folgenden TABELLE 11 aufgelistet. TABELLE 11 d&sub0; (Abstand zwischen Objekt und Stirnseite mit der Krümmung r&sub1;): 118.38; Abstand zwischen Objekt und Bild: 412.35; Abbildungsvergrößerung: 1; Bildgröße: 40 F-Zahl: 8.3 (NA: 0.06)
Figur 20 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus in dem Linsensystem von Figur 19 darstellen.
Es ist nicht notwendigerweise der Fall, daß die Brennweite der Linsengruppe, die vor dem Zentrum des Linsensystems angeordnet ist, identisch mit dem der hinter dem Zentrum des Linsensystems angordneten ist, wie in den Linsensystemen, die in dem neunten Ausführungsbeispiel (Figur 17) und Figur 19 gezeigt. Beispielsweise kann ein telezentrisches optisch abbildendes System, dessen Bildvergrößerung gleich M-mal der Objektgröße ist, wie folgt formuliert werden: Der Krümmungs-radius und der Abstand zwischen den benachbarten Seiten der Linsen von einer Linsengruppe, die hinter dem Zentrum des Linsensystems angeordnet ist, werden proportional vergrößert, oder diese der Linsengruppe, die vor dem Zentrum des Linsen-systems angeordnet, um das M-fache reduziert.

Zehntes Ausführungsbeispiel

Figur 21 stellt eine Linsenanordnung dar, die ein zehntes Ausführungsbeispiel zeigt, in welchem die Konstruktion der Linsen, die vor dem Zentrum des Linsensystems angeordnet sind, die gleiche wie diejenige des fünften Ausführungsbeispieles ist, und die Linsen hinter dem Zentrum des Linsensystems durch proportionals Verkleinern der Abbildungsvergrößerung des Linsensystems des fünften Ausführungsbeispieles um das 0.8-fache konstruiert sind. Daher wird ein telezentrisches optisch abbildendes System, dessen Bildvergrößerung 0.8 ist, erhalten. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 21 gezeigt sind, sind in TABELLE 12 aufgelistet. TABELLE 12 d&sub0; (Abstand zwische Objekt und der Stirnseite mit der Krümmung r&sub1;): 118.38; Abstand zwischen Objekt und Bild: 371.12; Bildvergrößerung: 0.8; Bildgröße: 32 ; F-Zahl: 8.3 (NA: 0.06)
Figur 22 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus illustrieren, die durch die Linsen in dem zehnten Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.
Mit einem telezentrischen optisch abbildenden System, das einen anderen Vergrößerungsfaktor als eine gleiche Vergrößerung (Vergrößerung ist eins) aufweist und eine große Bildgröße bildet, kann das folgende Verfahren verwendet werden: Es ist nicht nötig die Brennweite durch proportionales Vergrößern oder Reduzieren des Krümmungsradiuses und des Abstandes zwischen benachbarten Seiten der Linsen der Linsengruppe vor und hinter dem Zentrum des Linsensystems, wie in dem zehnten Ausführungsbeispiel gezeigt, zu ändern. Statt dessen kann, beispielsweise, eine gewünschte Abbildungsvergrößerung durch Wegschieben der bikonvexen Linse von dem Zentrum des Linsensystems bezüglich der vorderen und hinteren Linsengruppen, welche symmetrisch bezüglich einer bestimmten ebenen Fläche sind, erhalten werden.

Elftes Ausführungsbeispiel

Die Linsengruppen eines elften Ausführungsbeispieles sind durch Wegschieben der bikonvexen Linse vom Zentrum des Linsensystems angeordnet. Figur 23 zeigt die Anordnung des Linsensystems. Linsendaten für die jeweiligen Linsengruppen, die in Figur 23 gezeigt sind, sind in TABELLE 13 aufgelistet. TABELLE 13 d&sub0; (Abstand zwischen Objekt und der Stirnseite mit der Krümmung r&sub1;): 125.5; Abstand zwischen Objekt und Bild: 410.24; Bildvergrößerung: 0.865; Bildgröße: 34.64 ; F-Zahl: 8.9 (NA: 0.056)
Figur 24 zeigt Aberrationskurven, die die sphärische Aberration und den Astigmatismus darstellen, die von den Linsen in dem elften Ausführungsbeispiel hervorgerufen werden.
In dem elften Ausführungsbeispiel ist die mittige bikonvexe Linse nicht verkittet, so daß die Linse nicht achromatisch ist. Daher tritt eine seitliche chromatische Aberration auf, wenn die bikonvexe Linse so positioniert ist, daß die vordere und hintere Linsengruppe unsymmetrisch zueinander sind. Jedoch wird in einem telezentrischen optisch abbildenden System die Bildvergrößerung nicht geändert, wenn der Objektabstand geändert wird. Daher korrigiert die geeignete Wahl eines Objektabstandes (125.5 in diesem Ausführungsbeispiel) die seitliche chromatische Aberration, ohne die Bildvergrößerung zu ändern.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich, ist die gegenwärtige Erfindung relativ einfach in ihrer Konstruktion und Anordnung der Linsen und liefert ein telezentrisches optisch abbildendes System, in welchem die Abmessung der Bildebene groß verglichen mit dem Abstand zwischen dem Objekt und der Bildoberfläche ist, und außerdem wird das Objekt um mehr oder weniger als eins vergrößert.
Ferner kann das telezentrische optisch abbildende System, wenn es die Erfindung verkorpert und mit einem Apparat verwendet wird, kompakt hergestellt werden, da die Länge des optischen Systems kompakt ist.

Anwendungsbeispiel

Ein Beispiel einer praktischen Anwendung eines opischen Systems, das die gegenwärtige Erfindung verkörpert, wird im Anschluß beschrieben. Dieses Beispiel bezieht sich auf einen Leseapparat eines Blockkopiermusterplans zur Bewirkung eines Vordruckes in einem Druckprozeß.
Eine Blockkopie wird in dem ersten Stadium des Vordrucks gebildet. Der Vordruck setzt die Anordnung der Buchstaben, Strichzeichnun-gen, Fotografien und dergleichen auf einem zu druckenden Blatt fest. Die Spezifikation, die genau auf einem Musterplan ausgeführt wird, wird ein Blockkopiermuster oder ein Blockkopiermusterplan genannt.
Der Blockkopiermusterplan wird durch einen Digitalisierer oder eine automatische Zeichenmaschine gebildet. Ein Originaldokument, das in einer gekennzeichneten Position ausgelegt werden soll, wird durch einen Abtaster gelesen und in der Form von digitalen Daten gespeichert. Daten für die Anordnung eines Bildes sind notwendig zum Lesen der Daten des Originaldokuments. Der Leseappparat des Blockkopiermusterplans liest die Daten für die Anordnung des Bildes aus.
Figur 27 ist eine perspektivische Ansicht eines Leseapparats 100 zum Lesen des Blockkopiermusterplans, mit welchem ein optisches System, das die gegenwärtige Erfindung verkörpert, verwendet wird. Der Apparat umfaßt einen elektronischen Bereich 10, der an dem unteren Bereich desselben zur Verfügung gestellt wird, und einen Abtastmechanismusbereich 11. Der Abtastmechanismusbereich 11 ist mit einem Originaldokumentglas 12 ausgerüstet, dessen Peripherie an einem inneren Rahmen, der an dem obersten Bereich des Apparats angeordnet ist, befestigt ist. Eine Skala 125 zum Positionieren eines Blockkopiermusterplans auf dem Originaldokumentglas 12 ist in der longitudinalen Richtung des Originaldokumentplazierungsglases zur Verfügung gestellt. Der Leseapparat wird auch mit einem Deckel 14 zum Bedecken des Originaldokumentes und einem Operationsschalttafelfeld 15 geliefert. Wenn die Starttaste auf dem Operationsschalttafelfeld 14 aktiviert ist, bewegt sich ein Abtastkopf 16, der im Phantom gezeigt ist, automatisch, um den Blockkopiermusterplan 13 abzutasten.
Die Apparatur weist einen Mechanismus auf, der ähnlich dem einer Kopiermaschine zum Kopieren von Dokumenten und Figuren oder einem Bildleser zum Eingeben eines Bildes in einen persönlichen Computer ist. Aber die Apparatur 100 unterscheidet sich von der Kopiermaschine oder dem Bildleser hinsichtlich zwei Aspekten. Einer der Unterschiede ist, daß die Fläche eines Blockkopiermusterplans, die auf das Originaldokumentglas plaziert werden muß, größer ist als, beispielsweise, 655 x 869mm. Der zweite Unterschied ist, daß die Apparatur eine so hohe Auflösung wie 1000 - 2000 Linien/inch (394 - 788 Linien/cm) hat. Das heißt, der Apparat 100 liest die Daten, die in einem großen Bereich enthalten sind, mit einer hohen Auflösung. Von dem Apparat 100 wird gefordert, daß er die Daten so schnell wie möglch ausliest. Aber das folgende Problem tritt auf.
Es ist schwierig auf ein Originaldokumentglas 12, das aus einem einzigen Glas besteht, einen Blockkopiermusterplan ohne dazwischen freigelassenen Platz zu positionieren. Auch wenn der Blockkopiermusterplan an dem Rahmen des Originaldokumentplazierungsglases 12 befestigt ist, biegt sich selbiges darauf. In diesem Fall beeinflußt ein kleiner mechanischer Fehler das optische System, das in dem Apparat 100 angebracht ist, auf große Weise. Um eine hohe Auflösung unabhängig von der Stellung des Blockkopiermusterplans zu erhalten, ist es bevorzugt, daß eine Bildvergrößerung einer Bildoberfläche selbst dann, wenn es dort eine kleines Ausmaß an Änderung des Blockkopiermusterplans gibt, nicht verändert wird. Aus diesem Grund ist ein telezentrisches opitisch abbildendes System in dem Abtastkopf eingefügt. Blätter sind häufig in einigen Bereichen des Blockkopiermusterplans 13 miteinander verklebt, so daß die Oberfläche des Blockkopiermusterplans 13 unregelmäßig oder stufenförmig wird. Probleme, die daraus entstehen, können auch durch die Einrichtung eines telezentrischen optisch abbildenden Systems gelöst werden.
Um die Zeitperiode des Datenlesens zu verkürzen, ist es notwendig, daß der Abtastkopf 16 den Blockkopiermusterplan 13 mit einer hohen Geschwindigkeit abtastet. Jedoch wird die Abtastgeschwindigkeit des Abtastkopfes 16 beschränkt, um eine vorherbestimmte hohe Auflösung aufrechtzuerhalten. In diesem Fall sollte die Abtastweite eines Rasters groß sein. Diesbezüglich wird ein optisches System benötigt, in welchem die Bildgröße, nämlich der Blickwinkel, so weit ist, daß der Abtastkopf 16 ein bevorzugtes Abtasten durchführt. Jedoch, wie oben bezüglich des Stands der Technik beschrieben, ist es schwierig, den Blickwinkel in einem telezentrischen optisch abbildenden System weit zu machen. Wenn der Blickwinkel weit gemacht werden soll, ohne irgendwelche Gegenmaßnahmen zu treffen, wird das optische System von großer Größe werden. Daher wird die Länge des optischen Systems lang. Als ein Resultat ist es schwierig, das optische System des Abtastkopfes mit dem Abtastkopf 16 zu verwenden, der sich in einer Apparatur hin- und herbewegt (oder durch selbige angetrieben wird). Um einen Lesebereich für den sich hin- und herbewegenden Abtastkopf 16 zu erhalten, wird vom Abtastkopf 16 gefordert, daß er kompakt ist. Der Blickwinkel muß weit sein, um die Länge des optischen Systems zu verkürzen. In diesem Sinne ist ein telezentrisches optisch abbildendes System, das die gegenwärtige Erfindung verkörpert, in welchem der Blickwinkel weit verglichen mit der kompletten Länge des optischen Systems ist, geeignet für die Benutzung in dieser Art von Apparatur. Figur 28 zeigt, wie der Abtastkopf 16 ein Originaldokument abtastet. Figur 29 ist eine schematische Ansicht, die die Konstruktion des Abtastkopfes 16 zeigt.
Der Abtastkopf 16 bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Ruheposition (0) in die Y-Achsenrichten. Zu dieser Zeit ist die Datenmenge, die der Abtastkopf 16 liest, (D). Wenn er einen Endpunkt auf der Y-Achse erreicht hat, kehrt er zu der Ruheposition (Y = 0) zurück. Danach wird die Leseweite (D) in der X-Achsenrichtung weitergeschaltet, und dann bewegt sich der Abtastkopf in der Y-Achsenrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit. Daher bewegt sich der Abtastkopf 16 entlang eines kammförmigen Weges und tastet die komplette Oberfläche des Blockkopiermusterplans ab. Der Abtastkopf 16 wird durch einen Mikrocomputer kontrolliert und von einem Motor angetrieben. Gemäß dieses Beispieles ist die Leseweite (D) 32mm und die effektive Leseweite 515 x 728mm. Der Abtastkopf 16 vervollständigt ein Abtasten, wenn er den Blockkopiermusterplan 26-mal abgetastet hat. Ungefähr 17 Minuten benötigt der Abtastkopf 16, um das Abtasten zu vervollständigen, wenn eine Abtastliniedichte 2000 Linien/ inch (788 Linien/cm) vorhanden ist.
Wie in Figur 29 gezeigt, bewegt sich der Abtastkopf 16 unterhalb des Originaldokumentglases 12 und in paralleler Stellung dazu hin und her. Ein Basisglied 18 ist auf einer Schiene 17 aufgestellt, die sich in X-Achsenrichtung zu beiden Endpunkten, die in der Y-Richtung angeordnet sind, erstreckt. Das Kugelgewinde 19 erstreckt sich durch eine sich bewegende Basis 20 hindurch, so daß die sich bewegende Basis 20 ruhig auf dem Basisglied 18 in der Y-Achsenrichtung auf Rotation des Kugelgewinde 19 hin gleitet. Ein kastenförmiges Stützglied 21 ist auf der sich bewegenden Basis 20, senkrecht dazu, angebracht. Das Stützglied 21 weist ein daran befestigtes optisches Beleuchtungssystem 22, ein telezentrisches optisch abbildendes System 24, das die gegenwärtige Erfindung verkörpert und von einer Linsenfassung 23 getragen wird, und ein ein-dimensionales CCD Element 25 auf.
Das optische Beleuchtungssystem 22 umfaßt eine Halogenlampe (nicht gezeigt), die als Lichtquelle dient, eine Kollimatorlinse, eine optische Faser 26, die als ein optischer Leiter dient, und eine zylindrische Linse 27. Von der Halogenlampe emittiertes Licht wird auf die obere Oberfläche des Originaldokumentglases 12 fokusiert und fällt mit 45º auf die obere Oberfläche des Blockkopiermusterplans durch einen Schlitz auf.
Die Abbildung eines Bereiches 28, der der Abtastbreite (D) des Blockkopiermusterplans 13 entspricht, wird auf der Lichtempfangsfläche des CCD's 25 durch das telezentrische optisch abbildende System 24 abgebildet. In diesem Beispiel liest das CCD 25 ungefährt 2500 Pixel. Das Gebiet eines Pixels ist 12.7um auf der Lichtempfangsfläche.
Die in der vorangegangenen Beschreibung, in den folgenden Ansprüchen und/oder in den beiliegenden Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in irgendeiner Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Der Gegenstand, für welchen Schutz gesucht wird, ist in den Ansprüchen klar umrissen.

Claims

1. Telezentrisches optisch abbildendes System umfassend

eine erste Linsengruppe, die eine bikonvexe Linse, eine Miniskuslinse oder eine plankonvexe Linse, wobei die jeweilige konvexe Seite derselben so angeordnet ist, daß sie einem Objekt gegenübersteht, und eine bikonkave Linse enthält,

eine zweite Linsengruppe, die eine bikonvexe Linse, eine Miniskuslinse oder eine plankonvexe Linse, wobei die jeweilige konvexe Seite derselben so angeordnet ist, daß sie einer Abbildung gegenübersteht, und eine bikonkave Linse enthält, und

eine bikonvexe Linse, die zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe angeordnet ist, wobei der sekundäre Brennpunkt der ersten Linsengruppe und der Hauptbrennpunkt der zweiten Linsengruppe im wesentlichen in der Nachbarschaft der bikonvexen Linse zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet,

daß sowohl die erste als auch zweite Linsengruppe eine zusammengekittete Linse umfaßt, die eine erste Linse von positiver Brennstärke und eine zweite Linse von negativer Brennstärke umfaßt, wobei die erste Linse aus einem ersten Glasmaterial mit einem Brechungsindex (n&sub1;) und einer ersten Abbe-Zahl (ν&sub1;) bezüglich der d-Linie und die zweite Linse aus einem zweiten Glasmaterial mit einem zweiten Brechungsindex (n&sub1;) und einer zweiten Abbe-Zahl (ν&sub2;) bezüglich der d-Linie gemacht ist, und

daß die Differenz ( n&sub1;-n&sub2; ) zwischen dem ersten Brechungsindex (n&sub1;) und dem zweiten Brechungsindex (n&sub2;) n&sub1;-n&sub2; kleiner als 0.081 und die Differenz (ν&sub1;-ν&sub2;) der ersten Abbe-Zahl (ν&sub1;) und der zweiten Abbe-Zahl (ν&sub2;) größer als 9.4 ist.

2. Telezentrisches optisch abbildendes System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Brennweite der ersten Linsengruppe mit der Hauptbrennweite der zweiten Linsengruppe zusammenfällt.

3. Telezentrisches optisch abbildendes System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenform der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe symmetrisch bezüglich einer Ebene ist, die imaginärerweise an dem Zentrum des optischen Systems angeordnet und orthogonal zur optischen Achse ist.

4. Telezentrisches optisch abbildendes System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite der ersten Linsengruppe und die Brennweite der zweiten Linsengruppe voneinander verschieden sind.

5. Telezentrisches optisch abbildendes System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung, die den Krümmungsradius und den Abstand zwischen den Linsenseiten entlang der optischen Achse umfaßt, der Linsen, die die zweite Linsengruppe bilden, proportional zu der Abmessung der Linsen ist, die die erste Linsengruppe bilden.

6. Telezentrisches optisch abbildendes System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bikonvexe Linse an einer Position angeordnet ist, die sich von dem Punkt des Zusammentreffens des sekundären Brennpunktes der ersten Linsengruppe und des Hauptbrennpunktes der zweiten Linsengruppe unterscheidet.

7. Telezentrisches optisch abbildendes System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bikonvexe Linse an einer Position angeordnet ist, die von dem Zentrum des optischen Systems abweicht.

8. Apparat zum Lesen eines Originaldokuments durch Abtasten des Originaldokuments, der einen Abtastkopf benutzt, der ein optisches Beleuchtungssystem zur Beleuchtung des Originaldokumentes, einen Festkörperbildsensor und ein telezentrisches optisch abbildendes System zur Konvertierung eines Lichtstroms, der von dem Originaldokument auf den Festkörperbildsensor reflektiert wird, umfaßt, wobei ein telezentrisches optisch abbildendes System, wie in Anspruch 1 definiert, zum Konvertieren eines Lichtstroms, der von dem Originaldokument auf den Festkörperbildsensor reflektiert wird zur Verfügung gestellt wird.