SE433982B - Optiskt fleraxligt objektiv for ett optiskt avlesningshuvud i en faksimilanleggning - Google Patents

Description

7812291-8 2 antalet bildpunkter. Vid användning av linser av detta slag är dessutom avståndei mellan dokumentet och fibrerna relativt stort (några mm). Emellertid uppvisar dessa linser också flera nackdelar. En av dessa nackdelar består i linsernas komplicerade uppbyggnad, vilket leder till att linserna blir kostnadskrävande. En ytterligare nackdel består i att den för var och en av linserna användbara fotometriska öppningen är liten då en periodisk variation av belysningsnivån måste undvikas i det känsliga bildplanet, vilket innebär att den lilla öppningen begränsar ljusflödet på varje de- tektor. En ytterligare nackdel består i spridningen med avseende på de optiska egen- skaperna mellan de olika linserna, vilket medför avståndsskillnader mellan objektet och bilden, som i sin tur leder till en variation av upplösningen i bildplanet. Ändamålet med uppfinningen är att eliminera nackdelarn hos förut kända optiska objektiv innefattande optiska fibrer.

För detta ändamål är anordningen enligt uppfinningen kännetecknad av att varje optiskt enaxligt system bildas av en anordning bestående av tre klot av ett optiskt material, som i det följande benämnes trippel, varvid klotens centrum är belägna på en linje, medan trippeln är symmetrisk med avseende på det centrala klotets centrum vad gäller det geometriska avståndet, innefattande objektavståndet och bildavståndet, samt vad gäller de optiska egenskaperna, varvid brytningsindex för det centrala klo- tet är större än brytningsindex för de yttre kloten, medan det centrala klotets dia- meter är maximalt lika med de yttre klotens diameter, medan varje trippel vid såväl sin ingång som sin utgång har ett tillhörande fönster, som bestämmer gränsfältet y för varje trippel, varvid gränsfältet och det yttre klotets radie R har sambandet y = “XR, därX.är en konstant som beror av formen på nämnda fönster.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till ritningen, där: fig 1 visar ett första utföringsexempel på ett elementärt optiskt system, som benämnes trippel; fig 2 visar en perspektivvy av ett fleraxligt objek- tiv enligt uppfinningen; och fig 3 visar ett andra utföringsexempel på ett elemen- tärt optiskt system.

Hänvisningsbeteckningarna 11,12 och 13 i fig 1 anger tre konvexa linser (klot) hos en trippel enligt uppfinningen. Ingångslinsen på objektsidan är betecknad 11, den centrala linsen är betecknad 12 och utgângslinsen på bildsidan är betecknad 13.

Centrumpunkterna för nämnda linser är betecknade Cl, CZ respektive C3 och är belägna på axeln 14. I exemplifierande syfte visar fig 1 linser med samma diameter som står i kontakt med varandra. Som kommer att beskrivas närmare i det följande ut- gör detta ej något absolut krav. Endast kravet är att de yttre kloten har samma di- mensioner och samma brytningsindex och är belägna på lika stora avstånd från det cen- trala klotet.

Ett antal sådana tripplar är sammanförda så att de har parallella axlar (se fig 2). I det visade utföringsexemplet är nämnda axlar 20,21,22,23,24 belägna '7812291-8 i samma plan, varigenom objektlinjen 28 och bildlinjen 29 utgöres av räta linjer.

Centrumpunkterna för ingångslinsen, den centrala linsen och utgångslinsen är belägna på linjerna 25,26 respektive 27, vilka bildar rät vinkel med tripplarnas optiska ax- lar. I det mera generella fallet då tripplarnas axlar ej är belägna i samma plan, så skulle bildlinjen och objektlinjen utgöras av två parallella, böjda linjer.

För att möjliggöra överlappningen av bildplanen för de elementära optiska syste- men enligt uppfinningen och därigenom begränsa antalet system, så har varje trippel förstärkningen +l. Linsen 11 alstrar en mellanbild av ett segment AB av objektlinjen 28 i ekvatorialplanet för den centrala linsen 12, vilket har utsträckning vinkelrätt mot den optiska axeln 14. Denna bild är visad som A'B1. Detta är bilden som skulle uppträda om linsen 12 ej fanns. Under inverkan av linsen 12 alstras istället bilden A'B'. På grundval härav alstrar linsen 13 bilden A"B" på bildlinjen 29. Linjeseg- menten AB och A"B" är lika stora och har samma riktning. Eftersom mellanbilden A'Bl är belägen i centrum av den centrala linsen 12, så fungerar sistnämnda lins som en stigmatisk, aplanar lins. Linsen 12 eliminerar dessutom bildböjningen. För att säkerställa att de yttre kloten 11 och 12 arbetar utan astigmatism, koma och kroma- tisk aberration i sidled, så begränsas öppningsvinkeln för ett användbart strålknippe härrörande från en föremålspunkt till att bilda ett smalt strålknippe vars mittstråle sträcker sig genom det första klotets och det tredje klotets centrum. Detta resultat uppnås dels genom att linsen 12 kopplar centrumpunkterna Cl och C3 och sålunda fungerar som en fältlins, och dels genom införandet av en pupill som begränsar öpp- ningsvinkeln för det användbara strålknippet. Eftersom denna pupill ej kan åstadkom- mas genom öppningen i en bländare anordnad i centrum av linsen 11 är densamma reali- serad genom de två fönstren 15,16, vilka är symmetriskt anordnade med avseende på trippelns ingång och utgång. För punkten B på linjesegmentet AB avgränsar dessa föns- ter det smala skuggade ljusknippet med mittstrålen 19 och ytterstrålarna 17 och 18, varvid den förstnämnda strålen (17) utgör tangent till ingångsfönstrets 15 övre kant, medan den andra ytterstrâlen bildar tangent till utgångsfönstrets 16 övre kant. Genom förekomsten av nämnda fönster fungerar trippeln med avseende på punkten B med den verksamma ingångspupillen 10 och den verksamma utgångspupillen 9, av vilka den första (10) är belägen i centrum Cl och den andra (9) i centrum C2. Ingångspupillens verksamma yta är variabel och lika med det "kattöga“ som bildas av fönstren. Nämnda yta minskar då mittstrålens vinkel ökar. Belysningsnivån för bildfältet från en trip- pel är sålunda ej jämn. Vid ett fleraxligt objektiv som är uppbyggt av tripplar kan en jämn belysningsnivå åstadkommas genom lämplig dimensionering av klotens diameter i relation till den största dimensionen AB = y (gränsfältet) hos föremålet som skall avbildas genom en och samma trippel. Man har funnit att ändamålsenliga resultat kan uppnås om sambandet mellan gränsfältet y och radien R för de yttre kloten är linjärt '7812291-8 4 d.v.s. y =<& R. Konstanten Giberor av fönstrens fonn och uppgår till ungefär 2,3 vid cirkulära fönster. En avvikelse på 5% ger fortfarande en acceptabelt jämn belysnings- nivå.

Den slutliga dimensioneringen av det fleraxliga objektivet åstadkommes genom bestämning av dels den numeriska öppningen «Ûfför varje trippel, vilken är bestäm- mande för brytningsindices n och N för de yttre kloten respektive det centrala klo- tet, och dels den önskade upplösningen, som är bestämmande för absolutvärdet av ra- dien R.

Nedanstående tabell innehåller ett antal numeriska exempel, där de använda symbolerna har följande innebörd: R : böjningsradien, som i föreliggande fall är densamma för de tre angränsande kloten. : brytningsindex för materialet i de två yttre kloten : brytningsindex för materialet i det centrala klotet : det paraxiella avståndet mellan föremålet och det första klotets centrum, varvid nämnda avstånd är lika med avståndet mellan det tredje klotets S 2 'D centrum och bilden. : längd av fältet för varje trippel mätt från den optiska axeln Y JP : fönsteröppningens radie eu : fältvinkel (föremål eller bild) lf : numerisk öppning ta: diameter hos den sfäriska aberrationsljusfläcken tc: diameter för den kromatiska aberrationsljusfläcken t : diameter för den totala aberrationsljusfläcken Följande samband råder mellan ovan definierade storheter: y = 2.3 R; (1/P) + (1/ZR) = 2(n-1)/nR f = R 4/11; 119fl1= y/D; N = (p-R)/2_? ; N =[cosvc - 1-4 sinâyl/Z-yl; tc= 4RA n/(Sn-Mz . ff där ZÄ-n anger brytningsindex för det användbara ljusspektrumet. 7812291*8 w * _ _ @ n > .Wfi\\> ßomqo fiwwoó E36 nwmoö ßmoïo u fimmflo Nwmïo 39 o oïflm o , , - \ \ m ._ .oowoó 9306 íïoó Wwmåd ïioó 910.0 mmíïo mïoå íioå \}. m u u \ ßudogv mæzoßo wmmoá mwßoó Morflwoó m maofo wmnio PNÉÃQ. mfwmö åfi .Rwë Ãwë .mñwff _ mmw; of; w mål. m oßw; NSJ .mfimå z _, n _ eQ; mås; 02:. KJ; nmš; u MAJ; u mh; QTJ gm... n , _ ,._ 4 -. 1 ßmømhwovv 241 ÄJÉ ßmiï ßwizï mwim., oßdw nn NN mæäc i.. nu 3 m: m w _ Ûïo ßwd ond Nmó H mnd M wmö Sö +36 wzïo mxk ß _ . _ å w äa wmá, . 2.: 9.» U $¿ _. Qfi Sá än: å .u _ . _" _ . , . w . . _- _ . . QYO E m: S Wi _ Rxw m, m Ke 3 f k. .J f ,\ w s 1 x 7.812291-8 6 Dessa resultat ger följande exempel, som motsvarar en aberrationsljusfläck av 0,125 mm, vilket tillåter en upplösning av storleksordningen 8 punkter per mm.

I fallet med en numerisk öppning-flfš 8 följer av kolumn 5 i tabellen att: t/R = 0,1087, varav följer att 2R = 2,3 mm n = 1,483 N = 1,76 D (avståndet mellan föremål och bild) = 2p + 4R = 17,18 mm.

För en numerisk öppning_Ûf= 11,3 ger kolumn 7 i tabellen följande mätvärden t/R = 0,0791, varav följer att: za = 3,16 n = 1,459 u = 1,826 I" p = 19,46 mn.

Ovanstående exempel visar dels att kloten enligt uppfinningen har dimensioner som möjliggör enkla modifieringar och dels att brytningsindexen för materialen i klo~ ten överensstämmer med. brytningsindexen för vanligen förekommande glastyper.

I ett alternativt utföringsexempel på uppfinningen har endast de yttre kloten i tripplarna samma diameter 2R, medan diametern 2r för det centrala klotet är mindre än 2R, varigenom avståndet mellan de yttre kloten blir något (upp till 20%) mindre än deras diameter. Detta innebär att avståndet mellan föremålet och bilden kan ökas,' varigenom belysningen av dokumentet i ett läshuvud för fakfimilanvändning underlättas.

Dessutom har man konstaterat att man i det centrala klotet kan använda en glastyp vars brytningsindex är mindre än vad som framgår av ovanstående tabell, d.v.s. mera vanliga och billiga typer av glas kan användas. 2 I fallet med reducerad diameter hos det centrala klotet och ett minskat avstånd mellan de yttre kloten kan dessutom ett litet luftgap åstadkommas mellan det centrala klotet 12 och de intilliggande kloten ll och 13 såsom är visat i fig 3, utan att där- för trippelns funktion utsättes för störningar. Enligt detta alternativ är mätvärdena för R,r och e sådana att följande olikheter är uppfyllda. 0,8 R < r + e 5 R 0 < e < 0,2r I ytterligare alternativt utföringsexempel bildas fönstren av rektanglar med tvâ sidor som är parallella med objektlinjen 28. I detta fall är värdet på °Ci sambandet y ==ï R ungefär lika med 2. En avvikelse på 5% är acceptabel även i detta fall. Ett antal fleraxliga objektiv av det i fig 2 visade slaget kan anordnas ovanpå varandra i skikt, varigenom ett antal föremålslinjer kopplas till ett motsvarande antal bildlin- jer.

Claims (7)

7 '7812291-8 Patentkrav.

1. Optiskt fleraxligt objektiv med avlång fonn för alstring av en linjeuppbyggd bild och innefattande ett antal intill varandra anordnade optiskt enaxliga system vars axlar sträcker sig parallellt med varandra, k ä n n e t e c k n a t av att var- je optiskt enaxligt system bildas av en anordning bestående av tre klot av ett op- tiskt material, som i det följande benämnes trippel, att klotens centrumpunkter är belägna på en linje, att trippeln är symmetrisk med avseende på det centrala klotets centrum vad beträffar det geometriska avståndet innefattande föremålsavståndet och bildavståndet, samt vad beträffar de optiska egenskaperna, varvid det centrala klo- tets brytningsindex är större än de yttre klotens brytningsindex, och varvid det cen- trala klotets diameter är maximalt lika med de yttre klotens diameter, medan varje trippel vid såväl sin ingângsöppning som sin utgângsöppning har ett tillhörande fönster, vilket är bestämmande för gränsfältet y för varje trippel, medan nämnda fält och de yttre klotens radie R uppfyller sambandet y =IX R, dänibetecknar en konstant som är beroende av formen på nämnda fönster.

2. Fleraxligt objektiv enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda fönster är cirkulärt och att Oiär lika med 2,3 i§%.

3. Fleraxligt objektiv enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda fönster är rektangulära och att'M är lika med 2 i:5%.

4. Fleraxligt objektiv enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda klot är anordnade i kontakt med varandra och har samma diameter.

5. Fleraxligt objektiv enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att kloten är anordnade att anligga mot varandra och att det centrala klotets diameter är mindre än de yttre klotens diameter.

6. Flexaxligt objektiv enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att kloten är anordnade på avstånd från varandra och att det centrala klotets diameter är mindre än de yttre klotens diameter.

7. Flexaxligt objektiv enligt något av patentkraven 5 och 6, k ä n n e t e c k n at av att radien R hos de yttre kloten, radien r hos det centrala klotet och det eventuella luftgapet e mellan kloten uppfyller följande samband 0,8 R < r + e < R 0 < e < 0,2 r