NO774145L - Fremgangsmaate til og anordning for fokusering av et optisk system med kontinuerlig variabel forstoerrelse - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til og anordning for fokusering av et optisk system med kontinuerlig variabel forstørrelse.

Oppfinnelsen angar en fremgangsmåte til og en anordning for fokusering av et optisk system med kontinuerlig variabel forstørrelse, hvor en linse med fast brennvidde er montert i en linsevogn for forflytning til den ønskede for-størrelses- resp. forminskningsposisjon.

Da omkostningene er en meget viktig faktor i forbind-else med slikt utstyr, er det mere ønskelig å anvende en linse med fast brennvidde enn en linse med variabel brennvidde hvis dette er mulig. Med hensyn til omkostninger er det også ønskelig å anvende en linse med fast brennvidde med maksimalt akseptable toleranser når det gjelder den samlede optiske lengde (TCL). Når toleransene minskes, økes omkostningene for linsen betraktelig. Por at det skal bli økonomisk forsvarlig å anvende en linse med fast brennvidde i stedet for en linse med variabel brennvidde er det derfor nødvendig å tilveiebringe et system hvor tap av bildeskarphet som følge av linse-toleranser holdes innen akseptable grenser samtidig som en linse med forholdsvis grove toleranser fremdeles kan anvendes.

I et optisk system med kontinuerlig variabel forminskelse som anvendes i en elektrofotografisk kopieringsmaskin har det vist seg at når en linse med fast brennvidde innstilles i fokuseringstilstand ved et kopierings forhold 1:1, blir fokuserings fei len uakseptabel stor når forminskningsfor-holdet økes for linser med toleransegrenser på f. eks.jf 1%. Det har vist seg at for en kopieringsmaskin med et forminskningsforhold 0,647, er det nødvendig å anvende en linse med toleranser _+0, 5% for at fokuseringsfeilen skal bli akseptabel. I dette eksempel måles toleransene i forhold til den samlede optiske lengde TCL. En slik linse øker omkostningene for kopieringsmaskinen vesentlig.

I et system hvor en linse med fast brennvidde innstilles ved hjelp av en kam til ønsket forminskningsforhold,

er en løsning å anvende en tilpasset kam for hver linse slik at løsningen er kostbar. En alternativ løsning er å anvende tre kammer, et sett kammer for en linse innenfor et bestemt toleranseområde, et andre sett kammer for et andre toleranseområde og et tredje sett kammer for et tredje toleranseområde. Denne løsning krever justering av hver linse for anbringelse

av linsen innenfor et bestemt toleranseområde og øker i vesentlig grad antallet nødvendige bestanddeler. Følgelig er også denne løsning kostbar og mindre pålitelig fordi den påvirkes av fremstillingstoleranser for andre bestanddeler enn linsen.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en fokuseringsmetode og en enkel og billig anordning for å holde kostnadene nede i et linsesystem med fast brennvidde under opprettholdelse av akseptabel brennvidde og forstørrelses-toleranse med kontinuerlig variabel forminskning.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved regulering ved

et første forminskningsforhold av linsens posisjon for å oppnå hovedsakelig fokuserings feilfrihet, og regulering ved et andre forminskningsforhold i vesentlig avstand fra det første forminskningsforhold, av linsevognens posisjon for å oppnå hovedsakelig fokuserings feilfrihet uten påvirkning av den regulering som er foretatt for det første forminskningsforhold.

På denne måte reguleres den samlede optiske lengde

til bildeskarphet i to stillinger idet reguleringen av den andre stilling ikke påvirker reguleringen i den første stilling. Ved at det oppnås fokusering til nullfeiltil.stand i to punkter, holdes feiltilstanden mellom disse punkter som følge av linse-toleranser innenfor akseptable grenser. Ved regulering av linseposisjonen i den andre stilling for å få akseptabel foku-seringsfeil, medfører dette en svekkelse av forstørrelsesnøy-aktigheten, men denne endring av forstørrelsesnøyaktigheten har vist seg å være meget liten.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-5.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under

henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser skjematisk i perspektiv en linsevogn som er montert på skinner for å bevege seg på disse under innvirkning av en kam og en drivarm. Fig. 2 viser i sideriss en drivstift som er festet på linsevognen. Fig. 3 viser skjematisk stiften og drivarmen i for-størrelses forholdet 1:1 som maksimalt forstørrelses forhold. Fig. 4 viser definisjoner av uttrykk og formler for

tynnlinseberegning.

Fig. 5 viser en kurve for fokuseringsfeltet som funksjon av forstørrelsen for en ukompensert linse. Fig. 6 viser en kurve for fokuserings feil som funksjon av forstørrelsen hvor linseposisjonen reguleres ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser en linsevogn 110 i hvilket en linse 9 er anbragt. Skinner 111 og 112 på hvilke linsevognen 110 hviler, er anordnet parallelt med linsens forstørrelsesakse M. Linsevognen 110 forflyttes langs skinnene 111 og 112 på kontinuerlig variabel måte under innvirkning av kammen 89 som drives av en drivrem 88 og en trinse 114 fra en linseinnstillingsdriv-kilde (ikke vist). Forstørrelsesreguleringskammen 89 samvirker med en kamfølger 115 som er anordnet i enden av en drivarm ll6 for å flytte vognen 110 langs skinnene. En stift 500 som er festet på linsevognen ligger an mot drivarmen 116 som følge av kraften av en fjær 200. På denne måte er også kam-følgeren 115 forspent mot forstørrelseskammen 89.

Det skal bemerkes at stiften 500 fastholdes i et av-langt spor 501 i en arm 502 som er festet på vognen. Av fig. 2 fremgår at stiften 500 har en gjenget del som ved hjelp av en mutter 104 og en skulder holdes fast i armen 502. Den nedre ende av stiften ligger an mot drivarmen 116.

Fig. 3 viser stillingen av kammen 89, kamfølgeren 115, drivarmen 116 og stiften 500 i begge reguleringsstillinger, nemlig forstørrelsesforholdet 1:1 og forstørrelses forholdet 0,647 som er de ytre grenser for denne utførelsesform. Selv om

det andre forstørrelsesforhold er valgfritt, er her detCstørste og minste forstørrelsesforhold vist. Det skal bemerkes

at i forstørrelses forholdet 1:1 resulterer forflytningen av stiften 500 i sporet 501 parallelt med drivarmen 116. Følge-lig skjer det ingen forflytning av vognen 110 når stiften 500 glir frem og tilbake i sporet 501. Det skal bemerkes at sporets midtlinje 506 er parallell med drivarmens midtlinje.

I posisjonen for forstørrelsesforholdet 0,647 er imidlertid midtlinjen 506 av sporet ikke lenger parallelt med drivarmen 116. Hvis derfor stiften 500 beveger seg til enden 507 av sporet 501, forflyttes vognen 110 langs skinnene 111 • og 112 inntil dets midtlinje får den posisjon som er vist med 506'. Hvis stiften 500 beveger seg mot enden 508 av sporet 501, vil linsevognen 110 forflyttes langs skinnene 111 og 112 inntil midtlinjen av sporet 501 er som vist med 506". På denne måte kan linsens posisjon reguleres i stillingen 0,647 for å gi en fokuseringsregulering for avbildningen. Det skal bemerkes at•mekanismens tilbakegang til stillingen 1:1 etter justeringen i stillingen 0,647 ikke resulterer i noen forand-ring av linseposisjonen i forhold til avbildningsplanet i det tilfellet.

Det skal bemerkes at på fig. 3 er det i armen 116 anordnet et spor 505 i hvilket stiften 500 kan bevege seg. Et slikt spor er bare et alternativ til utførelsen som er vist på fig. 1 og 2 hvor bare en sidekant av armen 116 føres mot stiften 500.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan analyseres ved anvendelse av tynnlinseteorien og at man ser bort fra tykkelsen av dokumentglassplaten i en praktisk utførelse. Fig. 4 inne-holder såvel formler som definisjoner. Det antas at systemet anvender en tynn linse og har en samlet optisk lengde 83,8 cm. Med denne linse er det nødvendig å tilveiebringe forflytning fra posisjonen 1:1 mot avbildningen et stykke på 7,39 cm for

å tilveiebringe et forstørrelsesforhold 0,647- Samtidig må den samlede optiske lengde justeres for å øke avstanden mellom objektplanet og avbildningsplanet med 4,04 cm for å holde

bildet i fokus. I et system hvor foreliggende oppfinnelse anvendes forflytter kammer linsen i nødvendig utstrekning og ut-fører de nødvendige reguleringer av den samlede optiske lengde ikke bare for ' forstørrelsen 0 ,647 , men også for å holde para-meterne justert over hele linsebevegelsens område. Det problem

som løses ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en samlet optisk lengde som varierer + 1% samtidig som man anvender normalt store kammer.

Det tilfellet skal betraktes hvor en + 1% variasjon

i linjetoleransen (nominell verdi 83,8cm) resulterer i en anvendelse av en linse med en samlet optisk lengde på 84,66cm. Da den samlede optiske lengde er større enn den nominelle verdi, må linseposisjonen reguleres ved stillingen 1:1 for å tilveiebringe en avstand på 42,33 cm mellom linsen og avbildningsplanet. Por å tilveiebringe forstørrelses forholdet 1:1

må speiler justeres for at samme avstand tilveiebringes fra linsen til objektplanet. Det skal bemerkes at denne avstand blir 4l,91cm for en nominell linse. Hvis man opprettholder de kammer som er fremstillet for den nominelle linse og foretar forflytning til stillingen 0,647, viser det seg at avstanden fra linsen til objektplanet blir 53376 cm og avstanden fra linsen til avbildningsplanet 34,93 cm. Den virkelige for-størrelse viser seg å være feil fordi 34,93:53>76 er 0,649 i stedet for 0,647. Da imidlertid brennvidden f=84,66:4=21,l65cm, er kjent, kan den ønskede bildeavstand for maksimal brennvidde beregnes til 34,91cm. Resultatet blir at den ønskede bildeavstand for maksimal brennvidde skiller seg fra den virkelige avbildningsavstand med 0,2 mm. Med andre ord blir ved anvendelse av en + 1% linsetoleranse, en nominell kam opphav til et tap på 0,2 mm av brennvidden ved den nominelle forstørrel-sesstilling 0 ,647- Selv om denne fokuserings feil er større enn ved maksimalforminskelsen, opptrer den også ved alle andre mellomliggende forstørrelsesforhold. Lignende resultater oppnås for en linse med - 1% toleranse.

En fokuserings feil på 0 ,025 mm forårsaket av + 1% toleransen er meget alvorlig fordi den bidrar til et samlet fokuseringstap i systemet. Det skal bemerkes at dokumentglass-platens stilling og tykkelse, avbildningsplanets stilling, skinnenes plassering, linsens orientering og fordelingen og plasseringen av kammene også må ha toleranser slik at en fokuserings fei 1 av denne størrelsesorden er uakseptabel. For korrigering av fokuseringsfeilen til 0 og opprettholdelse av forstørrelsen 0,647 må avstanden fra objektplanet til linsen endres likesom forstørrelseskammen. Ifølge foreliggende opp finnelse betraktes dette som alt for komplisert og unødvendig og det anses bare nødvendig å korrigere fokuserings feilen ved justering av linseposisjonen. Som resultat herav utføres fokuseringsjustering og forstørrelsen tillates å bli endret.

Hvis man anvender samme linse med + 1% toleranse,

viser det seg at linsen må flyttes mot avbildningsplanet 0,045cm. For en tynn linse kan således fokuserings feilen som forårsaker en + 1% variasjon av den samlede optiske lengde korrigeres ved en justering av linseposisjonen. Den resulterende for-størrelse etter denne justering er 0,648. Tilsvarende betrakt-ninger for linse med - 1% toleranse, viser at linseposisjonen endres 0,043 cm og forstørrelsen blir 0,6456. Fig. 5 viser en kurve for fokuseringsfeilen som funksjon av forstørrelsesinnstillingen som resultat av TCL-variasjonen i linsen. Det fremgår da at når forstørrelsen (forminskningen) øker fra 1:1, øker fokuserings feilen i økende takt. Fig. 6 viser resultatet av anvendelsen av foreliggende oppfinnelse hvor fokuserings feilen ved forstørrelse 0,647 er 0. Som følge herav øker ikke feilen mellom stilling-ene 1:1 og 0,647 og ligger alltid innen godtagbare grenser.

Andre mekaniske arrangement er mulig for å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

I stedet for et spor i armen på linsevognen, kan det anvendes et spor rundt et omdreiningspunkt og dreiebevegelse kan endres.I et lignende arrangement kreves ytterligere for-holdsregler for å sikre at kamfølgeren alltid holdes i riktig posisjon på kammen. Således skulle også denne kunne anbringes i et spor. Et annet arrangement som også kan anvendes er en kam med variabel stigning slik at kammens posisjon kan reguleres og dermed posisjonen av linsevognen i stillingen 0,64?'.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til fokusering av et optisk system med kontinuerlig variabel forstørrelse, hvor en linse med fast brennvidde er montert i en linsevogn for forflytning til den ønskede forstørrelses- resp. forminskningsposisjon, karakterisert ved regulering ved et første forminskningsforhold av linsens posisjon for å oppnå hovedsaklig fokuserings feilfrihet, og regulering ved et andre forminskningsforhold i vesentlig avstand fra det første forminskningsforhold, av linsevognens posisjon for å oppnå hovedsaklig foku-seringsfeilfrihet uten påvirkning av den regulering som er foretatt for det første forminskningsforhold.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første forminskningsforhold tilsvarer en ekstrem forstørrelsesstilling og det andre forminskningsforhold tilsvarer en ekstrem forminskningsstilling.

3. Anordning ved et optisk system med variabel forstørr-else resp. forminskelse i en dokumentkopieringsmaskin, for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved en linsevogn (110) på hvilken en linse (9) er montert, styreskinner (111,112) som er montert i maskinen for å understøtte linsevognen og danne en styrebane for linsebevegelsen, eh optikkinnstillingsinnretning (fig. 1) for forflytning av linsevognen langs styreskinnene til kontinuerlig variabel stilling,' og reguleringsorganer som er montert på linsevognen for å regulere dannes posisjon i et valgt forstørrelsesforhold for å oppnå hovedsaklig fokuserings feilfrihet ved dette forhold.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at optikkinnstillingsinnretningen omfatter drivorganer (88,89,114,115) for samvirke med reguleringsorganene for å forflytte vognen, idet drivorganene og reguleringsorganene (500-504) er geometrisk orientert slik, at forflytning av reguleringsorganene for å oppnå hovedsaklig fokuserings feilfrihet ved det valgte forstørrelsesforhold, ikke resulterer i endring i reguleringen av linsevognen ved et bestemt for-størrelsesforhold i vesentlig avstand fra det valgte forstør-relsesforhold . .5- Anordning ifølge krav 4, karakterisert v e d at drivorganene omfatter en drivarm (116), og at reguleringsorganene omfatter et spor (501) som er stivt forbundet med linsevognen og hvis midtlinje er parallell med drivarmens midtlinje ved det bestemte forstørrelsesforhold og begge danner en rett vinkel med linseaksen (fig. 3).