DE2951452A1 - Projektionsvorrichtung - Google Patents

Description

Projektionsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine kompakte Projektionsvorrichtung, die zur Verwendung bei einem Kopiergerät mit Spaltbelichtung geeignet ist und die keine Belichtungs-Unregelmäßigkeiten aufweist.

Bei den herkömmlichen Projektionsvorrichtungen eines Kopiergeräts oder dgl. hat das Projektions-Linsensystem ein einziges "einäugiges" Objektiv aufgewiesen; aufgrund der Einschränkung des Bildwinkels unter Berücksichtigung der Schärfentiefe war der Konjunktionsabstand zwischen der Oberfläche eines Objekts und der Bildebene groß, was notwendigerweise zu dem Problem geführt hat, daß das Gerät sperrig wurde. Zur Lösung dieses Problems ist eine Projektionsvorrichtung bekannt, bei der für die kompaktere Gestaltung des ganzen Kopiergeräts das Projektions-Linsensystem durch eine "Fliegenaugen-¹¹ bzw. Fazettenlinse gebildet ist, die den gleichen Bildwinkel wie die herkömmliche Linse hat und die eine Vielzahl von Linsen aufweist; das Projektions-Linsensystem hat die Funktion, einen Teil eines zu projezierenden Objekts über einzelne Linsen auf einem Teil eines entsprechenden Bilds

VI/rs

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i lip H.ink (München) KtO 51/610/0

Dresdnor Bnnk (München) KIo 3939 844

¹ (IgStSChOCk !München) KIo 670 43-804

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-/7 ~_Ä DE 0137

bzw. einer entsprechenden Abbildung zu projizieren; dadurch bildet das Gesamt-Linsensystem ein Projektionsbild des gesamten Objekts auf einer Projektionsebene/ ab.

In den US-PS 3 584 952 und 3 592 542 sind Projektionsvorrichtungen beschrieben, bei denen eine Vielzahl von Linsensystemen längs eines Spaltbereichs angeordnet ist und ein bandförmiger Bereich einer zu kopierenden Vorlage als eine Zusammensetzung von Teilbildern mittels dieser Linsensysteme auf ein photoempfindliches Material projiziert wird, um dadurch ein Gesamtbild zu erzeugen. Durch Ausbildung dieser Linsen als "Fliegenaugen-" bzw. Fazettenlinsen wird der wirksame Durchmesser einer jeden Linse verringert und der dem gleichen Bildwinkel entsprechende Konjunktionsabstand verkürzt, wodurch die ganze Vorrichtung kompakt gemacht wird. Dabei weist im einzelnen die in der US-PS 3 584 952 beschriebene Projektionsvorrichtung in Richtung der opti- sehen Achse drei Linsen auf, nämlich eine vordere Linse, eine Zwischenlinse und eine hintere Linse« so daß mittels der vorderen Linse ein Zwischenbild eines Teils der Vorlage auf der zwischen der vorderen Linse und der hinteren Linse angeordneten Zwischenlinse erzeugt wird und dieses Zwischenbild mittels der hinteren Linse als End-Bild auf dem photoempfindlichen Material abgebildet wird. Diese Zwischenlinse dient als eine Feldlinse und hat keinen Zusammenhang mit dem Vorlagen-Projektionsvorgang. Diese Feldlinse hat jedoch insofern Bedeutung,

^JW als sie die Helligkeit des auf dem photoempfindlichen Material abgebildeten Projektionsbild gleichförmig hält. Auf ähnliche Weise weist die in der US-PS 3 592 542 beschriebene Projektionsvorrichtung drei Sätze mit zwei Linsen auf, nämlich zwei vordere Linsen, zwei Zwischen-

linsen und zwei hintere Linsen. Bei dieser Vorrichtung sind die drei Linsen bzw. drei Linsensätze in Richtung

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-/β -y DE 0137

der optischen Achse angeordnet, so daß es schwierig ist, diese Linsen ohne Exzentrität einzustellen oder anderweitig einzuregeln.

5 Eine britische Patentschrift vom 8. April 1964

beschreibt eine Linse, die im Vergleich zu ihrem wirksamen Durchmesser in Richtung ihrer optischen Achse eine große Länge hat.

Die in dieser britischen Patentschrift beschriebene Linse stellt jedoch kein telezentrisches Linsensystem dar; ferner wird mit dieser Linse kein Zwischenbild zwischen einer ersten Linse und einer zweiten Linse gebildet; weiterhin erfolgt bei dieser Linse keine Steuerung einer vorbestimmten Lichtintensitätsverteilung an der Projektionsebene. Mittels der in der britischen Patentschrift beschriebenen Linse wird die Abbildung eines Teils eines Objekts über ein Einzellinsensystem projiziert; diese Patentschrift gibt keinen Hinweis darauf, daß Bilder von Einzelteilen mit Hilfe einer Linsensystem-Reihenanordnung zusammengesetzt werden.

Die japanische Patentveröffentlichung No. 30787/1970 zeigt ein Beispiel eines Projektions-Linsensystems, bei welchem Teilbilder mittels einer Linsensystem-Anordnung zusammengesetzt werden und eine telezentrische Anordnung angewandt wird. Dieses Projektions-Linsensystem ist jedoch ein gewöhnliches Linsensystem, bei dem eine Linse nicht im Vergleich zu ihrem wirksamen

Durchmesser in Richtung der optischen Achse eine große

Länge hat.

In der gleichzeitig bestehenden US-Patentanmeldung

No. 889 404 ist ein Aufbau mit reihenartigen optischen

Projektions-Systemen aus jeweils einer Mehrzahl von

Linsen beschrieben, bei dem jedes der optischen Pro-

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"Ζ* ~Λ

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jektions-Systeme eine erste und eine zweite Linse

in der Weise hat, daß zwischen der ersten und der zweiten Linse ein Zwischenbild eines Teils einer Vorlage erzeugt wird, wobei sowohl die erste als auch die zweite Linse im Vergleich zu ihrem wirksamen Durchmesser eine beachtlich große Länge in Richtung der optischen Achse hat, die erste Linse ein austrittsseitig telezentrisches System darstellt und die zweite Linse ein eintrittsseitlg telezentrisches System ist. Bei Anwendung eines derartigen Linsensystems bei einem Kopiergerät oder
dgl. ist es jedoch erwünscht, daß keine Belichtungs-Ungleichmäßigkeiten auftreten; dies wird mit der Erfindung angestrebt.

Aus der japanischen Patentveröffentlichung No.

28058/1972 oder dgl. sind optische Fasern (Warenbezeichnung: Cellfock) bekannt, die eine Abbildungswirkung
in der Weise haben, daß der Brechungsindex von ihrem radial mittleren Teilbereich weg zu ihrem Randbereich hin allmählich abnimmt; die erfindungsgemäßen Stablinsen sind jedoch so beschaffen, daß der Brechungsindex über der ganzen Linse gleichmäßig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Projektionsvorrichtung zu schaffen, die zur Verwendung bei einem Kopiergerät mit Spaltbelichtung geeignet ist und die keine Belichtungs-Ungleichmäßigkeiten ergibt; insbesondere liegt der Erfindung die

Aufgabe zugrunde, eine Projektionsvorrichtung zu schaf-

fen, bei der irgendwelche Fehler bei Linsenanordnungsabs tänden durch Überlagerung der Lichtintensitätsverteilungen an der Projektionsebene kompensiert werden, um dadurch auf einfache Weise eine gleichförmige

Verteilung zu ermöglichen. 35

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Diese Aufgabe wird hauptsächlich dadurch gelöst, daß zur Bildung eines Teil- bzw. Element-Linsensystems oder Linsensystem-Elements in koaxialer Weise zwei Stablinsen verwendet werden, die jeweils im Vergleich zu ihrem wirksamen Durchmesser in Richtung ihrer optischen Achse eine große Länge haben; ferner wird eine Vielzahl derartiger Teil-Linsenelemente auf ein Linsenhalterungselement gesetzt, das in Richtung der optischen Achsen langgestreckte Nutenteile oder öffnungs-

10 bereiche hat, wobei die Teil-Linsensysteme wabenartig

in zwei Reihen angeordnet werden, bei welchen die Teil-Linsensysteme einer jeden Reihe in Richtung der optischen Achsen gesehen genau zwischen den Teil-Linsensystemen der angrenzenden Reihe angeordnet sind; dabei wird ohne Anbringen einer Blende zwischen den beiden Stablinsen an dem Außenumfangsbereich der Stablinsen als eine sich in Richtung der optischen Achse erstreckende Blende eine Lichtabsorptionsschicht oder eine Lichtstreuschicht verwendet, d. h., an der Bildebene durch eine Linsenöffnungs-Ausblendung bzw. Linsenapertur-Eklipse eine Lichtintensitätsverteilung gebildet, bei der die Lichtintensität zumindest vom Mittelbereich weg zu dem Randbereich hin unterschiedlich ist; ferner wird der Randbereich, der hinsichtlich der Lichtintensität

^ίΌ schwächer als der Mittelbereich ist, dem Randbereich mindestens eines angrenzenden Teil-Linsensystems überlagert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Aus-

führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

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ΛΑ

1 Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines

Fazetten-Linsensystems.

Fig. 2 zeigt verschiedene Elemente eines 5 Teil-Linsensystems.

Fig. 3 bis 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Teil-Linsensystems.

10 Fig. 6 und 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Teil-Linsensystems.

Fig. 8 veranschaulicht eine Streulicht-Verhütung 15

Fig. 9 und 1OA sowie 1OB veranschaulichen eine besondere Form einer Stablinse und ein Verfahren zu deren Herstellung.

*0 Fig. 11 bis 18 veranschaulichen ein erstes

Ausführungsbeispiel der Projektionsvorrichtung, bei der mit Nuten versehene Blöcke als Linsenhalterungs-

elemente verwendet werden. 25

Fig. 19 bis 22 veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel der Projektionsvorrichtung, bei dem ein Einheitsblock als Lxnsenhalterungselement

verwendet wird.

Fig. 23 veranschaulicht das Verfahren bei der Anwendung der Projektionsvorrichtung

an einem Kopiergerät. 35

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■ DE 0137

Nach Fig. 1 weist ein Element- bzw. Teil-Linsensystem 3 eine Stablinse 1 und eine Stablinse 2 auf, wobei ein spaltförmiger Bereich einer Vorlagenfläche 4 auf einen spaltförmigen Bereich einer Bildebene 5

5 projiziert wird. Die Vorlagenfläche 4 und die Bildebene 5 werden in der Pfeilrichtung bewegt.

Die Fig. 2 zeigt verschiedene Elemente des Teil-Linsensystems. Hierbei wird zwischen der Stablinse 1 10 und der Stablinse 2 ein Zwischenbild 6 abgebildet.

Die Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Teil-Linsensystems. Ein Hauptlichtstrahl 7 tritt in die Mitte einer ersten Fläche der Stablinse 1 ein. Die Stablinse 1 ist bildseitig telezentrisch, während die Stablinse 2 objektseitig telezentrisch ist; der Hauptlichtstrahl 7 tritt aus der zweiten Fläche der Stablinse 1 parallel zur optischen Achse aus und trifft auf die erste Fläche der Stablinse 2. Die zweite Fläche der

*0 Stablinse 1 und die erste Fläche der Stablinse 2 wirken als eine Feldlinse, als ob sie eine Luftlinse bilden würden (eine konkave Linse, deren, innerer Brechungsindex kleiner als der äußere Brechungsindex ist, ist einer gewöhnlichen Konvexlinse äquivalent); das Licht wird ohne Lichtmengenverlust zu der Bildebene übertragen. Es ist jedoch anzumerken, daß die Objektfläche, die ohne Verlust an Lichtmenge auf der Projektionsebene wieder abgebildet wird, in dem begrenzten Bereich jo» in

der Mitte, d. h. in dem Bereich der Fläche φ₀ an der

Zwischenbildebene liegt. Wenn der Innendurchmesser eines Lichtstrahl-Steuerelements oder -Leitelements 8, das auch als Gehäusetubus oder Tubuskörper wirkt, gleich ^₂1 ist, wird der Lichtstrahl aus dem Objektbereich, der

in dem über den Bereich φ~ hinausgehenden Bereich φ~_Λ

an der Zwischenbildebene abgebildet wird, nämlich aus

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- 13 - DE 0137

dem an der Objektfläche dem Bereich von #_ bis <i_Q.

entsprechenden Bereich von der Innenfläche des Lichtstrahl-Steuerelements 8 abgefangen, so daß eine Apertur-Abdeckung bzw. Abdunkelung entsteht. Das Ausmaß dieser Abdunkelung bzw. Eklipse wird von φ~ weg nach {6-.. hin größer und bei ^₀₁ wird die Apertur-Eklipse zu 100 %, d. h., der regulär zu der Projektionsebene übertragene Lichtstrahl wird zu Null. Der Querschnitt der dabei auftretenden Lichtintensitätsverteilung an der Projektionsebene ist in Fig. 4 gezeigt. In der Fig. 4 stellt die vertikale Achse die Lichtintensität dar, während die horizontale Achse die Bildhöhe (den Bildwinkel) darstellt. Hierbei entsprechen φ. und φ.χ in der Projektionsebene in konjugierter Weise den Werten «5_Q und ^₁ an der Objektfläche. Wenn optische Systeme, die eine derartige Lichtintensitätsverteilung an der Projektionsebene liefern können, unter gleichen Abständen in einer Anordnungsreihe angebracht werden, hat die Verteilung in Anordnungsrichtung hinsichtlich der in einer zur Anordnungsrichtung senkrechten Richtung integrierten Belichtungsmenge Sinusform. Die Sinusform-rLichtintensitätsverteilung kann zwar zugelassen werden; (die Anordnung weist nicht nur eine, sondern mehrere Reihen auf); wenn jedoch die Teil-Linsensysteme wabenartig gemäß der Darstellung in Fig. 5 angeordnet werden, wird die Verteilung der in einer zur Anordnungsrichtung senkrechten Richtung, nämlich in der Abtastrichtung integrierten Belichtungsmenge im wesentlichen flach bzw. gleichmäßig in der Anordnungsrichtung. Hierbei können zwei Reihen

der wabenartigen Anordnung zu einem Satz zusammengefaßt werden, der mehrere Anordnungen erlaubt. Der Abstand 1 zwischen einer ersten Reihe und einer zweiten Reihe wird in geeigneter Weise entsprechend der Spaltbreite

festgelegt. 35

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DE 0137

Die vorstehend beschriebene Flachheit wird in einem Toleranzbereich von einigen Prozent erzielt, wenn die Beziehung zwischen dem Teilungsabstand a und dem wirksamen Objektfeld #_Q1 die folgende Bedingung erfüllt:

^x φ_οι < a S^x 4">i ^{Kl= °·⁹' ^{Kl = 1}'¹⁾

10 Nunmehr werden die verschiedene Elemente dieses Teil-Linsensystems beschrieben.

Es sei angenommen, daß n₁' der Hauptbrechungsindex des Materials der Stablinse 1, nämlich der Brechungsindex für eine bestimmte Konstruktions-Wellenlänge ist,

die Quervergrößerung des Zwischenbilds 6 gegenüber de*n Objekt 4 ist und Fe die objektseitig wirksame F-Zahl der Stablinse 1 ist. Dabei ergibt sich die folgende

Gleichung: 25

Φι

Ferner ergibt sich der Zusammenhang zwischen der Vergrößerung B₁ und den Linsen-Konstruktionsdaten durch die folgende Gleichung:

{91 + Yz - 9i ei · 9a) S 1 + { 1 -e ι ' P₂}

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295H52

£ DE 0137

1 wobei gilt:

<f\ ζ ⁿ' ' " ¹ (Brechkraft der ersten Fläche) 5

<f₂ = (Brechkraft der zweiten Fläche) r₂

■et· -=

Aufgrund des Umstands, daß die zweite Brennweite (d. h. 1/Yy) gleich und äquivalent zu e~ ' ist, wird die Bedingung, daß der Hauptstrahl 7 der von dem Objekt her kommenden Einfallichtstrahlen, nämlich der durch die Mitte der ersten Fläche laufende Lichtstrahl aus der zweiten Fläche austritt und danach parallel zur optischen Achse verläuft, durch die folgende Gleichung

20 dargestellt:

1 _β , (3)

φι ^{= ei}

Als nächstes wird aufgrund des Umstands, daß der

untere Strahl der Lichtstrahlen durch die erste Fläche gelangt und danach längs des Rands der Stablinse 1 parallel zur optischen Achse verläuft, als Bedingung dafür, daß der von dem Rand des wirksamen Objektdurchmessers iL in die Stablinse 1 eintretende Lichtstrahl nicht abgefangen bzw. ausgeschaltet wird, die folgende Gleichung erzielt:

_Vl .--Mi.+ k. > (4)

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DE 0137

1 Schließlich wird aus der Bedingung, daß der Abstand S₂' von der zweiten Fläche der Stablinse 1 zu dem Zwischenbildort im voraus auf einem geeigneten Wert gehalten wird, der folgende Zusammenhang notwendig:

S₂ ¹ = UiXU₁ - ^e₁ ¹JS₁ - e,¹} (5)

10 Durch gleichzeitiges Auflösen der Gleichungen (1) bis (5) nach r₁ , r₂, d₁ ', φ^ und jo_Q werden primär die folgenden Ergebnisse erzielt:

Si Si (6)

■

[(I -B₁) - -^-] BiS₁

r₂ = (1 - ni¹) x S₁S₁ (7)

d, ' = η,¹ χ 3IS₁ ί8)

- S₁/Fe (9)

ρ ι = —ζζζζζ=ι=ιιγ"

25 /ΐ - ( ^ ) ²

² ) - S ι

_φο = [ Ii χ _φι , (10)

30 ßi^s»

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DE 0137

Auf ähnliche Weise sei angenommen, daß n₂' der Hauptbrechungsindex des Materials der Stablinse 2, nämlich der Brechungsindex für eine typische Konstruktions-Wellenlänge ist,

die Quervergroßerung des Endbildes gegenüber dem Zwischenbild 6 ist und Fe' die bildseitig wirksame F-Zahl ist. Daraus wird folgende Gleichung erzielt:

Fe

Der Zusammenhang zwischen der Quervergrößerung ß₂ und den Konstruktionsdaten der Stablinse 2 ergibt sich durch folgende Gleichung:

_1_ B₂

wobei gilt:

n,¹ - 1

(Brechkraft der ersten Fläche)

- n₂'

9„ ξ

(Brechkraft der zweiten Fläche)

ei' =

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°E 0137

' Damit der Einfallichtstrahl mit einem zur optischen Achse parallelen Hauptstrahl durch diese Stablinse ohne Überschuß und Fehler für den wirksamen Durchmesser ^₃ der Stablinse gelangt, ist es wünschenswert, daß die zweite Fläche dieser Stablinse eine Austrittspupille hat. Aufgrund des Umstands, daß die Brennweite der ersten Fläche (nämlich 1Λ|_) gleich und äquivalent zu e,¹ ist, wird für diese Erfordernis die folgende Beziehung erzielt:
10

(13)

Aufgrund des Umstands, daß der untere Lichtstrahl der Lichtstrahlen durch die erste Fläche läuft und danach längs des Rands der Stablinse 2 parallel zu der optischen Achse verläuft, wird als Bedingung dafür, daß der von dem Rand des wirksamen Zwischenbild-Durchmessers

20 φ in die Stablinse 2 eintretende Lichtstrahl nicht abgefangen wird, die folgende Beziehung erzielt:

<_{Λ =} -i_{l + 'p.) (14)

25 S- Φ 3

Schließlich wird aus der Bedingung, daß der Abstand S.J von der ersten Fläche der Stablinse 2 zu dem Zwischenbildort im voraus auf einem geeigneten Wert ge-

halten wird, die folgende Beziehung notwendig:

S₃ = 1/B₂ x ((1-^e₂ ¹) S,¹ + e₂'} (15)

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- 19 - DE O137

Durch gleichzeitiges Auflösen der Gleichungen (11) bis (15) nach r^, r., d_', φ~ und φ. werden primär die folgenden Ergebnisse erzielt:

r₃ » (1 - n₂') x I^ (16)

P 2

/ ■ -. ν Si, ' /ß 2

r_k = (n₂' - 1) x

d₂' = - n₂' χ Sm'/02 (1.8)

03 = (19)

A-

Φ« = I ^S3Bz" ^Sl< 1 x Φ 3 (20)

S₁₁Ve₂

Aus der Bedingung, daß das Endbild ein aufrechtes, einfach vergrößertes Bild ist, werden folgende Gleichungen erzielt:

Si - /f <²¹>

Fe' = Fe (22)

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- 20 - DE 0137

Damit die Stablinse 1 und die Stablinse 2 einander gleich werden, werden folgende Beziehungen notwendig:

5 r₃ = -r₂ , ru = -r_lf d₂' = di¹, n₂' = ni¹,

φ₃ = φ, φι, = φ₀, ß₂ = 1/ß ι / ^S3 = -S₂ ¹, S^ ' = -S₁, Fe¹ = Fe.

In der nachstehenden Tabelle werden Konstruktionswerte für Beispiele 1 bis 10 angegeben, bei denen die Stablinse 1 und die Stablinse 2

in bezug auf die Zwischenbildebene symmetrisch ange-

15 ordnet sind.

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DE 0137

•Ό •α

in CN

VO

rH

ro (N

(N rH

cn

i

(N

(N

VO in

VO t-i

O rH

in

U

00 rH

σι

CTi rH

σι rH

σι rH

r» ft

ro

ro

00 rH

(N

CN (N

σι

m U

-3.93

-4.72

-4.69

-4.57

-4.50

-3.73

in

I vo

-4.13

-5.83

-6.44

-2.58

Cl U

rH O

CN (N

rH

σι σι

00 co

OZ.

(N ro

CN CN

VO 00

CM

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VO

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-«■

*

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Acryl

Styrol

Lexan

SAN

NAS

TPX

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LAK18

SF6

BK7

m ■θ· -Θ-

.491

590

586

S71

562

466

51633

72916

80518

51633

•Θ- •Θ-

rH

rH

rH

.612

.612

612

O I

O

O I

612

612

612

612

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Zfr

-20

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OZ-

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O I

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-20

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-20

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-15.05

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(N

■<*

r-

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O

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' Ein weiteres Beispiel des Teil-Linsensystems

ist in Fig. 6 gezeigt. Hierbei wird der Hauptlichtstrahl 9 beschrieben. Wenn man einen Lichtstrahl 10, der von dem Rand des wirksamen Objektfelds weg auf den oberen Rand der ersten Fläche der Stablinse 1' trifft, und einen Lichtstrahl 11 betrachtet, der von dem Rand des wirksamen Bildfelds weg den unteren Rand der zweiten Fläche der Stablinse 1' durchläuft, so wird als Hauptstrahl 9 ein Lichtstrahl angesehen, der genau aus der Mitte

'O der Austrittshöhe der Lichtstrahlen 10 und 11 an der

zweiten Fläche austritt und parallel zur optischen Achse zur Stablinse 2¹ hin verläuft, nämlich die Mitte der Austrittslichtstrahlen bildet. Das heißt, die Stablinse 1' ist bildseitig telezentrisch, während die Stablinse

ι** 2' objektseitig telezentrisch ist; das Licht, das ein Zwischenbild geformt hat, wird mittels der Stablinse 2¹ ohne Verlust an Lichtmenge wieder auf der Projektionsebene abgebildet. Auf diese Weise haben durch Ausbildung der Stablinsen 1' und 2' als telezentrische Linsen die

bildseitige Fläche der Stablinse 1' und die objektseitige

Fläche der Stablinse 2' die Funktion einer Feldlinse, als ob sie eine Luftlinse bilden würden (eine konkave Linse, deren innerer Brechungsindex kleiner als der äußere Brechungsindex ist, ist einer gewöhnlichen kon-

vexen Linse äquivalent). Es ist ein Merkmal des optischen Systems der Projektionsvorrichtung, daß es gemäß der Darstellung in Fig. 7 im wesentlichen eine Gaußsche Verteilung ergibt, wenn die horizontale Achse die Bildhöhe (den Bildwinkel) darstellt und die vertikale Achse

die Lichtintensität I an der Bildebene darstellt. Hierbei entspricht φ.* konjugiert dem Wert (6_Q1 an der Objektfläche.

Nach Fig. 6 verläuft der Lichtstrahl 11 zu dem 35

unteren Rand der zweiten Fläche der Stablinse 1', während ein niedriger als der Lichtstrahl 11 einfallender Licht-

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^ strahl 12 durch die erste Fläche der Stablinse 1¹ hindurchgelangt und danach ein auch als Körpertubus wirkendes Lichtstrahl-Steuerelement 8¹ erreicht, wo er gedämpft bzw. abgefangen wird. Der in die Eintrittspupille, nämlich die erste Fläche der Stablinse 1' eintretende wirksame Lichtstrahl tritt in einen vorbestimmten Teilbereich des wirksamen Linsendurchmessers, nämlich in die tatsächliche Linsenöffnung oder Linsenapertur ein, wobei sich die Apertur-Abdunkelung bzw . Apertur-Eklipse mit

^ιυ der Bildhöhe (dem Bildwinkel) so ändert, daß die

Intensitätsverteilung an der Projektionsebene zu einer Gaußschen Verteilung wird. Das Lichtstrahlen-Steuerelement 8' dient als eine sich in Richtung der optischen Achse erstreckende Blende und hat eine wichtige Eigen-

'** schaft als Einrichtung, die die übertragung irgendwelcher unnötiger Lichtstrahlen verhindert und die gewünschte Lichtintensitätsverteilung steuert bzw. einregelt.

Ein weiteres Merkmal des optischen Systems der

Projektionsvorrichtung liegt darin, daß die Quervergrößerung klein gewählt ist und das wirksame Objektgesichtsfeld groß gemacht ist, d. h., die Linse eine Weitwinkel-Linse ist bzw. einen weiten Bildwinkel hat. Das heißt, wenn optische Systeme, die eine derartige

Gaußsche Lichtintensitätsverteilung an der Projektionsebene erhalten, in gleichen Abständen in mehr als einer Reihe von parallelen Anordnungen angeordnet werden, ergibt sich eine mehrfache gegenseitige Überlappung der wirksamen Objektfelder der jeweiligen Linsensysteme, so daß die Verteilung in Anordnungsrichtung in bezug auf die in einer Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung, nämlich in der Abtastrichtung integrierte Lichtmenge im wesentlichen gleichförmig wird. Die Gleichförmigkeit wird weiter verbessert, wenn statt der Parallelanordnungen von mehr als einer Reihe eine wabenartige Anordnung ver-

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1 wendet wird. Der Abstand zwischen einer ersten Reihe und einer zweiten Reihe wird in geeigneter Weise entsprechend der Spaltbreite festgelegt. Mit einer versetzten Zweireihen-Anordnung als Normal können mehrere

Anordnungen angewandt werden.

Wenn bei den vorstehend genannten Parallelanordnungen aus mehr als einer Reihe der wirksame Durchmesser der Linse mit φ. bezeichnet ist und der Teilungs-10 abstand mit a bezeichnet ist, kann eine Gleichförmigkeit in einem Toleranzbereich von einigen Prozent erzielt werden, wenn folgende Bedingung eingehalten wird:

Ki χ Φι <a<K₂ χ φι(Κ! = 1.18, K₂ = 1.36)

Nachstehend werden wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel die verschiedenen Elemente der Teil-Linsensysteme beschrieben.
20

Zunächst ergibt sich die Definition.der F-Zahl zu:

Ferner folgt aus der paraxialen Strahlendurchrechnung: 30

S₁ + (l-e_t ¹P₂)

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1 wobei gilt:

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Vu = ~f\ (Brechkraft der ersten Fläche)

<p_{2 =} — (Brechkraft der zweiten Fläche)

Als nächstes ergeben sich aus der Bedingung, daß der Hauptlichtstrahl des wirksamen Einfallichtstrahlenbündels vom Objekt aus der zweiten Fläche austritt und danach parallel zur optischen Achse verläuft, die folgenden Bedingungen:

92 = ~r (25)

Vi ~ -± (26)

^sl

Durch die Bedingung, daß der Öffnungswirkungsgrad bei o U

dem notwendigen maximalen Gesichtswinkel zu Null wird, wird folgende Beziehung notwendig:

-2 χ S₁ χ Φι

Φο = <²⁷>

e,¹

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- 26 - DE 0137

Schließlich wird aus der Bedingung, daß der Abstand S-¹ von der zweiten Fläche der Stablinse 1' zu dem Zwischenbildort im Voraus auf einem geeigneten Wert gehalten wird/ die folgende Beziehung notwendig:

Durch Auflösen der Gleichungen (23) bis (28) nach T₁/ r~/ dΛ φ* und #_Q erhält man primär die folgenden Ergebnisse:

ri = -(m¹ - I)Si (29)

Z₂ = S₁ χ B₁X (1 - m ') (30)

di¹ =2 Xn₁ ¹ XS₁ χ S₁ (31)

_φ, . ₍₃₂₎

Φο = - JY (33,

Nunmehr wird die Stablinse 2' beschrieben. 30

Die Querverstärkung für das Zwischenbild 6 ist durch

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- 27 - DE 013/

1 gegeben. Die bildseitige wirksame F-Zahl dieser Stablinse 2' ist durch Fe¹ dargestellt.

Die wirksame F-Zahl wird aus Bedingungen für die HeI-5 ligkeit des projizierten Bilds folgendermaßen bestimmt:

	Fe	/(Sh')	2 + (^	\ 2	■) + (1-β2·9	'3)	ersten
10	1		Φ3				zweiten
	B2 (			1
			■,e2·?,)	(-S^	(Brechkraft Fläche)	der
15	wobei				(Brechkraft Fläche)	der
		93 Ξ	η2'-1
	r -	r3
20	1-η2·
	ru

gelten. 30

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- 28 - DE 0137

Ferner ergibt sich aus der Bedingung, daß der Hauptstrahl des wirksamen vom Objekt her einfallenden Strahlenbündels beim Eintritt in die erste Fläche der Stablinse 2' zu der optischen Achse parallel ist:

Aus der Bedingung, daß bei dem notwendigen maximalen Gesichtswinkel der Öffnungs-Wirkungsgrad zu Null wird, ergibt sich notwendigerweise die folgende Beziehung:

2 x S, ' x Φ₃ (38)

e₂ '

Schließlich ergibt sich aus der Bedingung, daß der Abstand S₃ von der ersten Fläche der Stablinse 2¹ bis zu dem Zwischenbildort im voraus auf einem geeigneten Wert

gehalten wird, notwendigerweise die folgende Beziehung: 25

Durch gleichzeitiges Auflösen der Gleichungen (34)

bis (39) nach r*, r., d₂', φ~ und ^₄ werden primär die folgenden Ergebnisse erzielt:

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- 29 - DE 0137

Xi « S·. · x ^x (1 - ηζ·) (40)

r^ = (1 - η2 ·) χ So ' (41)

d2 ' = -2 χ Π2¹ χ S* ' χ — (42)

Φ ₃ = (43)

Λ ( ^l \² 10 / ^L ~ ¹ZFe¹"'

φ, = -B₂ χ Φι (44)

Hieraus werden aus der Bedingung, daß das letzte bzw. Endbild ein aufrechtes Bild mit einfacher Vergrösserung bzw. Vergrößerung 1:1 ist, die folgenden Gleichungen erzielt:

20 ι

ß* = gY (45)

Fe' = Fe (46)

Damit die Stablinse 1' und die Stablinse 2' einander gleich werden, sind folgende Beziehungen nötig:

Γ3 - -r₂, rn = -Ti, d₂ ' = di¹, n₂ ' - I)₁ ¹, Φ3 =Φι,

Φ·. = Φο, 0₂= 1/S₁, S₃= -S₂ ¹, S-¹ = -Si, Fe¹ = Fe

Dadurch wird das optische Projektionssystem vereinfacht.
35

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- 30 - DE 0137

1 Ferner wurde durch Versuchskonstruktionen festgestellt, daß die Stablinse V und die Stablinse 2' mit Toleranzen in der Größenordnung von +_ 10 % von den vorstehend genannten Bedingungen (29) bis (33) sowie

5 (40) bis (4 4) abweichen können. Somit gilt:

-KiX SiX (ni'-l) <r!<-K₂x Six (ni'-l) K₂X Six ßix (1-ni')<Γ2<Κιχ Si xßi x (1-ni¹) ₁₀ 2 χ KiX ni' x Sixßi<di'<2 χ K₂X ni¹ x S₁ χ ßi

-Si/Fe -Si/Fe

^ώΦΐ^{ώ Κ}2^χ ~

-K₁ χ Jj ^Φο^-Κ₂χ fj

Ki χ Sm¹ χ^-χ (1-η₂') Ir₃IK₂ χ Su' χ ^- χ (1-η₂')

ύ 2 P 2

K₂ χ Su¹ χ (1-η₂') ^r₁₄ 1 Ki χ Su¹ χ (1-η₂') 20 _χ

₁/. η₂ ' χ Sw¹ χ Q-^d₂'<.-2 χ K₂X η₂ ' χ Su' x ö~

D₂ D2

_ι
25 Z¹ " ⁽2Fe^;)2 Z¹ " ⁽2Fe^|)2

-Ki x 3₂ χ Φ3 i Φ» £ - K₂ χ B₂ χ Φ.3 wobei K₁ = 0,9, K₂ = 1f1 gilt.

Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen ergeben sich Daten gemäß der nachstehend gezeigten Tabelle.

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t*> O O N> (D *s» O

	Φο »Φ1·	Φ 1 /Φ3	S2',-S3	Sw-S.,1	ft X ßl'ß7	ni',n2'	Mate rial	Γι	r2	2.27	-11.54	13.8
1	5.6	1.1	4.6	-23.5	-0.2	1.491	Acryl	11.54	-2.27	2.57	-14.49	15.6
2	6.2	1.1	5.2	-29.5	-0.18	1.491	Acryl	14.49	-2.57	2.48	-9.03	15.1
3	4.	1.1	5.1	-18.4	-0.28	1.491	Acryl	9.03	-2.48	2.3	-11.74	13.8
4	5.6	1.1	4.6	-23.5	-0.2	1.5163	BK 7	11.74	-2.3	2.61	-14.74	15.6
5	6.2	1.1	5.2	-29.5	-0.18	1.5163	BK7	14.74	-2.61	2.52	-9.5	15.1
6	4.	1.1	5.1	-18.4	-0.28	1.5163	BK7	9.5	-2.52

U)

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- 32 - DE 0137

Zum Verhindern der Innenflächen-Reflexion gibt es ein Verfahren dadurch, daß die zu der optischen Achse parallele Außenumfangsflache der Stablinse zu einer rauhen Fläche gemacht wird und der rauhe Flächenbereich in ein Lichtabsorptions-Material eingebettet wird oder mit diesem bestrichen wird. Ein weiteres Verfahren besteht darin, gemäß der Darstellung in Fig. 8 das äußere der Stablinse mit einer Lichtabsorptionsschicht 13 zu beschichten, die im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das lichtdurchlässige Material der Stablinse hat, so daß dadurch die Innenflächen-Reflexion an dem äußeren Umfangsbereich der Stablinse verhindert wird. Das Licht, das den äußeren Umfangsbereich der Stablinse erreicht, wird vollständig in den Lichtabsorptionsabschnitt mit dem nicht unterschiedlichen Brechungsindex übertragen und in diesem Abschnitt absorbiert und gedämpft. Die Lichtabsorptionsschicht 13 wird auf die Stablinse aufgebracht und mittels eines Gehäusetubus bzw. Körpertubus 15 gehalten. Natürlich können die

20 Lichtabsorptionsschicht 13 und der Körpertubus 15 zu einer Einheit zusammengefaßt werden.

Ferner wird zwischen der Stablinse 1 bzw. 1' und der Stablinse 2 bzw. 2' eine Lichtabsorptionsschicht 14 angebracht, durch die irgendwelche Lichtstrahlen abgeschwächt bzw. abgefangen werden, die den Bereich wirksamen Durchmessers überschreiten. Die Lichtabsorptionsschicht 14 ist mit Luft in Berührung, so daß daher der Brechungsindex-Unterschied gewöhnlich nicht auf Null

30 gebracht werden kann; als Lichtabsorptionsschicht 14

ist aber eine Schicht erwünscht, die soweit wie möglich die Innenflächen-Reflexion verhindert und Streulicht völlig ausschaltet; beispielsweise ist eine Schicht mit einer Innenfläche brauchbar, die zu einer rauhen Fläche

*" oder einer Lichtabsorptionsfläche geformt ist.

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- 33 - DE 013~>

Die Lichtabfangwirkung steht mit der Dicke d des Lichtabsorptionsabschnitts und dem Absorptionskoeffizienten μ in Zusammenhang, wobei sich die Beziehung dieser Werte zu dem Durchlaßfaktor T durch folgende Gleichung ergibt:

~^ud

Bei dem Teil-Linsensystem der Projektionsvorrichtung, bei dem Acryl mit eingemischtem schwarzen Farbstoff verwendet wird, ergibt sich für eine Dicke d = 0,2 mm ein Durchlaßfaktor T = 8 %, so daß eine ausreichende Wirkung bei der Unterdrückung der Innen-

15 flächen-Reflexion erzielt ist.

Als Lichtdurchlaß-Material (Linsenmaterial) wird transparentes Acrylharz verwendet, während als Lichtabsorptions-Material eingeschwärztes Acrylharz verwendet wird; es können jedoch auch als Lichtdurchlaß-Material transparente Kunststoffe wie Polystyrol oder Polycarbonat und als Lichtabsorptions-Material eingefärbte Kunststoffe verwendet werden. Selbstverständlich kann das Lichtdurchlaß-Material alternativ auch Glas sein. Eine Linse aus Kunststoff oder dgl. pflegt gewöhnlich Staub oder dgl. in elektrostatischer Weise anzuziehen, so daß es für die Anwendung besser ist, als Linsenmaterial ein Material zu verwenden, in das ein antistatisches Mittel eingemischt ist, oder auf die Oberfläche einer geformten

Linse ein antistatisches Mittel aufzubringen.

Im vorstehenden wurden der wirksame Durchmesser und der Außendurchmesser der Stablinse als einander gleich beschrieben; es ist jedoch ein System ausreichend, bei dem irgendein den Bereich wirksamen Durchmessers überschreitender Lichtstrahl ausgeschaltet wird, selbst wenn der Außendurchmesser #_?1' einer Stablinse 16 von dem

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- 34 - ΌΕ 0137

wirksamen Durchmesser φ~. abweicht. Hierbei ist es notwendig, daß ein außerhalb des wirksamen Durchmessers liegender Bereich 17 der ersten und der zweiten Fläche bzw. Stirnfläche der Stablinse keinerlei Licht in das

5 Innere der Linse eintreten läßt, d. h., eine rauhe Fläche oder eine Lichtabsorptions-Fläche ist.

Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Stablinse wird nunmehr anhand der Fig. 1OA und 1OB beschrieben. Zunächst wird gemäß der Darstellung in Fig.

10A transparentes Acryl bzw. Acrylharz 19 in den Mittelteil einer Form 18 gegossen, während in den Randbereich der Form 18 schwarzes Acryl 20 gegossen wird und nach dem Strangpreßverfahren ein Kernelement für die Stablinse geformt wird. Dieses Kernelement für die Stablinse, das einen Zweifach-Aufbau hat (und beispielsweise stabförmiges Acryl ist), wird in vorbestimmte Größen geschnitten und dann gemäß der Darstellung in Fig. 10B in eine Form 21 eingesetzt, wonach eine in bezug auf die Form 21 verschiebbare Form 23 unter geeigneter Umgebungstemperatur gegen eine Aufnahmeform 22 gepreßt wird; dadurch wird eine Stablinse mit sphärischen Bereichen an ihren einander gegenüberliegenden Enden geformt. Die Formen 22 und 2 3 haben in ihrer Mitte konkave Bereiche, die der Fläche bzw. dem Bereich wirksamen Durchmessers der Linse entsprechen, während die Randbereiche 24 der Formen rauhe Flächen sind, die zur Formung von rauhen Flächen an den entsprechenden Bereichen der Stablinse beitragen. Dadurch wird verhindert, daß durch

^ου eine Parallelitäts-Abweichung zwischen dem Kernelement für die Stablinse und dem konkaven Bereich der Form der Bereich wirksamen Durchmessers der Linse ausgeschaltet bzw. beeinträchtigt wird; somit kann eine Abweichung bei der Herstellung zugelassen werden. Bei einem Teil-Linsenelement aus zwei Stablinsen sind im Hinblick auf die optische Leistungsfähigkeit folgende Punkte von Bedeutung:

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- 35 - OE 013"?

^ (1) daß die beiden das jeweilige Teil-Linsensystem bildenden Stablinsen koaxial sind, , d. h., frei von einer Exzentrizität sind;

(2) daß die das jeweilige Teil-Linsensystem bildenden beiden Stablinsen genau in vorbestimmten Lagen in Richtung der optischen

Achse eingestellt sind; und 10

(3) daß in jedem Teil-Linsensystem die Innenflächen-Reflexion ausgeschaltet wird und äußeres Streulicht abgefangen wird.

Wenn Stablinsen in einer vorbestimmten Richtung in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene angeordnet werden und bei der Projektionsvorrichtung oder dgl. in einem Kopiergerät angebracht werden, wird eine Vielzahl von ersten bzw. objektseitigen Stablinsen in Rich-

tung senkrecht zur optischen Achse zur Bildung eines ersten Linsenblocks angeordnet und getrennt hiervon eine Mehrzahl zweiter Stablinsen bzw. bildseitiger Linsen zur Bildung eines zweiten Linsenblocks angeordnet, wonach diese beiden Linsenblöcke zur Bildung einer

Projektionsvorrichtung miteinander verbunden werden; in diesem Fall ist wegen gegenseitiger Teilungsabstand-Abweichungen gewöhnlich ein Hochpräzisions-Verfahren notwendig, um die Linsen durch jedes Teil-Linsensystem durchgehend koaxial auszurichten. Bei der Projektions-

vorrichtung, bei der die beschriebenen Teil-Linsensysteme verwendet werden, werden der Außendurchmesser der Linsen und die Exzentrizität der Linsenflächen gesteuert bzw. geregelt, während jedes Teil-Linsensystem von Anfang an eingestellt wird. Dadurch sind die beiden Stablinsen notwendigerweise bei jedem Teil-Linsensystem durchgehend koaxial ausgerichtet, so daß ihre optische Leistungs-

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- 36 - DE 0137

fähigkeit verbessert ist. Ferner kann die Lageeinstellung in Richtung der optischen Achse in genauer Weise durch Verwendung eines Werkzeugs oder durch Schaffen einer Bezugslage an den Linsen selbst bewerkstelligt werden. 5

Die Fig. 11 bis 18 betreffen Anordnungen, bei welchen die Teil-Linsensysteme der Länge nach in Nutenabschnitten eines Nutenblocks angeordnet werden, der V-förmige oder gerundete Nuten in Richtung der optischen Achsen

10 hat. Die Fig. 11A und 11B zeigen Nutenblöcke 25 und

26 mit V-förmigen Nuten bzw. gerundeten Nuten. Die Teil-Linsensysteme werden längs der Nuten in Richtung der optischen Achsen angeordnet, wie es in Fig. 12A gezeigt ist; der Querschnitt der Teil-Linsensysteme in Richtung der optischen Achse ist in Fig. 12B gezeigt. Die längs der Nuten angeordneten Stablinsen werden gemäß der Darstellung in Fig. 12C mittels eines Blatts 27 angedrückt und mit Hilfe eines Lichtabsorptions-Klebemittels oder dgl. mit den Nuten verbunden. Das Blatt 27 verhindert eine Streulichtübertragung zwischen den Teil-Linsensystemen. Insbesondere dann, wenn die Teil-Linsensysteme in mehr als zwei Reihen angeordnet sind, ist das Abfangen des Lichts durch das zwischen den Reihen angeordnete Blatt von Bedeutung. Natürlich ist das Blatt nicht not-

25 wendig, wenn das Abfangen des Lichts mittels einer

anderen Einrichtung bewerkstelligt wird. Das vorstehend genannte Streulicht zwischen den Teil-Linsensystemen entsteht hauptsächlich zwischen den einander entgegengesetzten Linsen-Stirnflächen, wenn an den Seitenflächen

^ow der ersten und der zweiten Stablinsen Lichtabfangeinrichtungen angebracht sind. In diesem Fall kann ein Zwischenring als Abstandselement für die Ausrichtung der End- bzw. Stirnflächen der ersten und der zweiten Linse verwendet werden und zugleich als Element für die Unterdrückung von Streulicht und Innenflächen-Reflexion herangezogen werden. In diesem Fall muß jedoch der Zwischen-

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- 37 - DE 0137

ring lichtundurchlässig sein, während seine Innenfläche einer Behandlung zur Ausschaltung der Innenflächen-Reflexion unterzogen werden muß. Die Linsen-Lageeinstellung in Richtung der optischen Achse kann dadurch ** bewerkstelligt werden, daß gemäß der Darstellung in Fig. 13A der Abstand zwischen den beiden Stablinsen gleichförmigen Durchmessers mit Hilfe eines Werkzeugs 28 eingestellt wird, wobei die Stablinsen 1 und 2 an die Endfläche des Werkzeugs herangeführt werden. Eine andere Einrichtung zur Lageeinstellung in Richtung der optischen Achse kann dadurch geschaffen werden, daß gemäß der Darstellung in Fig. 13B in dem von dem wirksamen Linsendurchmesser verschiedenen Bereich eine oder mehrere Nuten angebracht werden, ein Nutenblock 29 mit entsprechenden Vorsprüngen 30 versehen wird und die Nuten mit den Vorsprüngen zusammengepaßt werden. Falls ferner gestufte bzw. mit einem Vorsprung oder Absatz versehene Stablinsen 31 und 32 gemäß der Darstellung in Fig. 14 verwendet werden, wird die Lageeinstellung in Richtung der optischen Achse außerordentlich einfach.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung werden die Stablinsen selbst längs der Nuten in diesen angeordnet; gemäß der Darstellung in Fig. 15 können jedoch . Stablinsen mit gleichförmigem Durchmesser in Rohre 33 eingesetzt werden und dann diese Rohre 33 längs der Nuten der Nutenblöcke 25 und 2 6 angeordnet werden. In diesem Fall müssen der Innendurchmesser und der Außen-

^_n durchmesser der Rohre und die Exzentrizität der Linsenfläche überprüft werden. Die Stablinsen können auch gestufte Linsen sein. Die an den Nutenblöcken 25 und 26 befestigten Teil-Linsensysteme können in gewöhnlichen Fällen so wie sie sind verwendet werden; wenn jedoch

qc eine Vielzahl von Teil-Linsensystemen vorhanden ist, müssen sie bei ihrem Aufstapeln vereinigt werden. Wenn in diesem Fall die Teil-Linsensysteme gemäß der Dar-

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- 38 - DE 0137

Stellung in Fig. 16 unter Zwischensetzung des Blatts 27 so zusammengesetzt werden, daß sie aneinander stoßen, muß die Exzentrizität bzw. Ausrichtung der Linsen korrigiert werden, die sich aus einer Verwerfung oder Verdrallung der Nutenblöcke 34 und 35 ergibt. Ferner sollten die Zwischenräume zwischen benachbarten Teil-Linsensystemen vorzugsweise mit einem Lichtabsorptions-Klebemittel (Vergußmittel) gefüllt werden. Wenn die Nutenblöcke in mehreren Stufen angeordnet werden und sie

^ in einer sog. wabenartigen Anordnung angeordnet werden, bei der benachbarte Reihen gegenüber den anderen um jeweils einen halben Teilungsabstand versetzt sind, wird die Gleichförmigkeit der Verteilung der in der Abtastrichtung integrierten Lichtmenge verbessert. Im Hinblick auf die Festigkeit ist das Material für die Nutenblöcke vorzugsweise ein Metall wie Aluminium, während im Falle eines Kopiergeräts oder dgl. Kunststoffe wie Phenolharz oder Polycarbonatharz im Hinblick auf die Entladung

zwischen den Nutenblöcken und der photoempfindlichen

Trommel bzw. einem Lader vorzuziehen sind. Das Blatt 27 ist vorzugsweise aus flexiblem Kunststoff.oder dgl. hergestellt. Wie schon angemerkt wurde, ist das Blatt 27 nicht unbedingt notwendig, jedoch können benachbarte Stablinsen aneinander stoßen. Wenn die Stablinsen längs

der Nuten angeordnet werden und so belassen werden, kann von den gewünschten wirksamen Lichtstrahlen verschiedenes Licht in die Linsen gelangen, so daß daher zum Abfangen des Streulichts aus den Zwischenräumen

zwischen den Linsen und den Nutenblöcken gemäß der Dar-30

Stellung in den Fig. 17A und 17B eine Maske 36, die

mit im wesentlichen den Flächen wirksamen Linsendurchmessers entsprechenden Öffnungen versehen ist, in der Nähe der objektseitigen Stirnfläche (Eintrittspupillen-Fläche) der Nutenblöcke 25 und 26 oder in der Nähe der objektseitigen oder bildseitigen Stirnfläche der Teil-Linsensysteme angebracht wird. Die Maske 36 kann ein

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- 39 - üfi 0137

dünnes Metallblatt oder Kunststoffblatt sein und durch Pressen, Stanzen, Ätzen, elektrisches Formen oder Gießen geformt sein; ihre Befestigung erfolgt unter Verwendung eines Klebstoffs, von Schrauben, Wärmekraft-Befestigungs-

5 mitteln, Schmelzen oder Einrastbefestigung.

Die Anordnung gemäß der vorstehenden Beschreibung führt zu einem außerordentlich genauen optischen Projektionssystem.
10

Wenn die Teil-Linsensysteme aus in kreisförmige oder Polygonal-Rohre eingesetzten Stablinsen gemäß der Darstellung in den Fig. 18A und 18B miteinander mittels eines Lichtabsorptions- bzw. Lichtsperr-Klebemittels '** 37 so verbunden werden, daß ihre Außenumfangsabschnitte einander berühren, ergibt sich eine preiswerte Projektionsvorrichtung.

Im einzelnen werden die Linseneinheiten an einer

Normalfläche angeordnet und in mindestens einer Reihe aufgestapelt, wobei ihre optischen Achsen.in einer vorbestimmten Richtung festgelegt werden; die Linseneinheiten werden dann unter im wesentlichen gleichen Abständen zu den Außendurchmessern der Rohre hinsicht-

lieh der Höhen der Linsenflächen gleichförmig gemacht.

Die Fig. 18A zeigt einen Aufbau, bei dem die Linseneinheiten in parallelen Reihen gestapelt sind, während die Fig. 18B einen Aufbau zeigt, bei dem die Linseneinheiten

wabenförmig angeordnet sind, wobei die einander benach-30

barten Stufen bzw. Schichten gegeneinander jeweils um einen halben Teilungsabstand versetzt sind. Beide dieser Anordnungen führen zu einer verbesserten Gleichförmigkeit der Verteilung der in Abtastrichtung integrierten

Lichtmenge.

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- 40 - -DL·' 013 7

1 Als Lichtabsorptions-Klebemittel (Vergußmittel)

ist schwarzes oder nahezu schwarzes Epoxyharz, Polyesterharz oder Acrylharz verfügbar. Wenn die Zwischenräume groß sind, wird mit dem Klebemittel (Vergußmittel) vorzugsweise ein Zusatzmittel wie pulverisiertes Metall oder Glasfaser-Material vermischt, um die Verdichtung und die Zusammenziehung des Klebemittels zu verringern.

Im vorstehenden wurden die Teil-Linsensysteme als in die Nuten der Nutenblöcke eingesetzt beschrieben, welche Linsenhalterungselemente darstellen; nachstehend wird ein Systems, bei dem in einem

Einheitsblock als Linsenhalterungselement ausgebildete öffnungen verwendet werden, unter Bezugnahme auf die Fig. 19 bis 22 beschrieben.

Nach Fig. 19 werden die Teil-Linsensysteme unter gleichen Abständen und mit hoher Genauigkeit in wabenartiger Zweireihen-Form in öffnungen gehalten, die in einem Einheits-Block 38 ausgebildet sind. Die Querschnitte des Blocks in Richtung der optischen Achsen sind in den Fig. 20 bis 22 gezeigt. Der Block 38 wird mit öffnungen zur Festlegung der Lagen der Teil-Linsensysteme ausgestaltet; wenn es jedoch schwierig ist,

" lange durchgehende öffnungen zu formen, können mit öffnungen ausgestaltete Blätter aufgestapelt werden, um damit einen Block zu bilden.

Nach Fig. 2OA sind Stablinsen 1 und 2 mit gleichem

Durchmesser mittels der Durchgangs-Öffnungen in dem

Block 38 festgelegt. Zwischen den Stablinsen 1 und 2 ist eine Zwischenblende 39 für die Steuerung der wirksamen Lichtstrahlen eingesetzt. Nach Fig. 2OB ist ein

Innendurchmesser-Bereich 40 des Zwischenbereichs der

Durchgangsöffnung zu einer rauhen Fläche gestaltet,

während die Stablinsen 1 und 2 mit einer Lichtabsorptions-

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Schicht 41 beschichtet sind, die den gleichen Brechungsindex wie das Stablinsen-Material hat.

Nach Fig. 20C ist in dem Mittelteil der Durchgangs-Öffnung ein Zwischenring 42 für die Steuerung der Lichtstrahlen eingesetzt. Auf ähnliche Weise zeigen die Fig. 21A, B und C Systeme, bei welchen die Stablinsen 1 und 2 gemäß den Fig. 20A, B und C miteinander mittels eines Rohrs 33 verbunden sind. Die Fig. 22A, B und C zeigen Systeme, bei denen die Teil-Linsensysteme aus den im Zusammenhang mit Fig. 9 beschriebenen Stablinsen mit Hilfe von in dem Block 38 ausgebildeten Durchgangsöffnungen festgelegt sind. Die Seitenflächen der Stablinsen 31 und 32 an dem objektseitigen und dem bildseitigen Ende sind mit einer Lichtabsorptions-Schicht 43 beschichtet, während die sich über den Bereich wirksamen Durchmessers heraus erstreckenden Bereiche 44 der Stablinsen zu rauhen Flächen geformt sind. Die Lichtabsorptions-Schicht 43 kann zu einer Einheit mit der Licht-

^O absorptions-Schicht 41 zusammengefaßt werden; die Bereiche 44 können auch Lichtabsorptions-Flächen sein.

In Fig. 23 ist ein Beispiel gezeigt, bei welchem

die auf diese Weise hergestellte Projektionsvorrichtung nc

in einem Kopiergerät verwendet werden. In Fig. 23 wird eine Trommel 160 in Pfeilrichtung mittels eines nicht gezeigten Motors mit einer konstanten Geschwindigkeit drehend angetrieben, wobei die Trommel an ihrem Außenumfang ein photoempfindliches Material 161 trägt, das

aus einem elektrisch leitenden Substrat, einer photoleitfähigen Schicht und einer transparenten Isolierdeckschicht besteht, die in der genannten Reihenfolge aufeinanderfolgend aufgeschichtet sind. Dieses photoempfindliche Material 161 wird zuerst einer gleichförmigen Ladung mittels eines Koronaentladers 162 unter-

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- 42 - OK 01 J7

zogen, deren Polarität positiv ist, wenn die photoleitfähige Schicht ein η-Halbleiter ist, und negativ ist, wenn die photoleitfähige Schicht ein p-Halbleiter ist. Darauffolgend wird das photoempfindliche Material 161 mit Bildlicht von einer Vorlage 164 belichtet, die auf einem transparenten Vorlagenschlitten 163 aufliegt, welcher synchron mit der Drehung der Trommel 160 und mit einer Geschwindigkeit in Pfeilrichtung bewegt wird, die sich durch Multiplizieren der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 160 mit dem Kehrwert der Abbildungs-Vergrößerung örgibt (wobei im Falle der Bilderzeugung mit der Vergrößerung 1:1 die Geschwindigkeit gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 160 ist). Dieses Bild wird an dem photoempfindlichen Material 161 mittels einer projektionsvorrichtung 165 geformt. Der Bereich der Vorlage 164, der der Projektionsvorrichtung 165 gegenübergesetzt ist, nämlich der Bereich der Vorlage, der auf dem photoempfindlichen Material 161 abgebildet wird, wird mittels eines Beleuchtungssystems 166 aus einer Lampe und einem Reflektor beleuchtet. Hierbei kann durch Einstellen der Beleuchtungslichtmenge die Belichtungsmenge des photoempfindlichen Materials 161 eingestellt werden.

" Zugleich mit dem Aufprojizieren des Bildlichts mittels der Projektionsvorrichtung 165 wird das photoempfindliche Material 161 einer Entladung mittels eines Koronaentladers 167 mit zur Polarität des Koronaentladers 162 entgegengesetzter Polarität unterzogen,

wodurch auf dem photoempfindlichen Material 161 ein dem Bildlicht der Vorlage 164 entsprechendes Ladungsmuster erzeugt wird; danaah wird dieses photoempfindliche Material 161 gleichförmig mittels einer Totalbolichtungs-Lampe 168 beleuchtet, wodurch an dem

photoompfindlichen Material ein elektrostatisches Ladungsbild mit hohem Kontrast erzeugt wird. Das auf

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1 diese Weise gebildete latente bzw. Ladungsbild wird

mittels einer Entwicklungsvorrichtung 169 in Kaskaden-Ausführung oder Magnetbürsten-Ausführung zu einem Tonerbild entwickelt. Danach wird dieses Tonerbild auf Ubertragungs- bzw. Bildempfangspapier 172 übertragen, das von einer nicht gezeigten Zuführvorrichtung her dem photoempfindlichen Material 161 mit der gleichen Geschwindigkeit wie das photoempfindliche Material zugeführt wird und mit diesem mit Hilfe von Walzen 170 und 171 in Berührung gebracht wird. Zur Steigerung des BiIdübertragungs-Wirkungsgrads wird auf die Rückseite des Bildempfangspapiers 172 an der Bildübertragungsstation eine Ladung aufgebracht, die in der Polarität dem das entwickelte Bild formenden Toner entgegengesetzt ist.

•5 Dies wird mittels eines Koronaentladers 173 bewerkstelligt. Das auf das Bildempfangspapier 172 übertragene Tonerbild wird mittels einer geeigneten Fixiervorrichtung wie einer Heiz-Fixiervorrichtung fixiert, die mit einem Paar von Walzen 174 und 175 versehen ist, welche

*" gegen das Bildempfangspapier gedrückt werden; das Bildempfangspapier wird dann in eine nicht gezeigte Aufnahmevorrichtung befördert.

Nach Abschluß der Bildübertragung wird die Ober-

fläche des photoempfindlichen Materials mit der Kante

einer elastischen Klinge 176 gereinigt, die gegen das Material gedrückt wird, um damit irgendwelchen zurückbleibenden Toner zu entfernen; dadurch wird das Material für einen weiteren Zyklus des vorstehend beschriebenen

Bilderzeugungsvorgangs bereit. Der Entlader 167 ist zwar so angeordnet, daß die Entladung der Oberfläche des photoempfindlichen Materials 161 gleichzeitig mit dem bildweisen Belichten erfolgt, jedoch kann der Entlader

alternativ zwischen dem Entlader 162 und dem Bilder-35

zeugungssystem angeordnet sein, so daß die Entladung

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- 44 - DE 0127

1 der Oberfläche des photoonipfindliehen Materials 161

vor der bildweisen Belichtung erfolgt. In diesem Falle ist die Lampe 168 unnötig. Ferner kann das photoempfindliche Material 161 ein Material ohne Isolier-Deckschicht sein. In diesem Fall sind der Entlader 167 und die Lampe 168 unnötig.

Im vorstehenden ist jedes Tei !«-'Linsensystem als aus zwei Stablinsen bestehend beschrieben; da jedoch

^O jedes Teil-Linsensystem ein Abbildungssystem für aufrechte positive Abbildung ist, kann die Projektionsvorrichtung natürlich eine Projektionsvorrichtung aus einer Vielzahl von Sätzen von koaxialen Stablinsen sein, d. h., Teil-Linsenelemente aufweisen, die in Reihe zu-

15 einander verbunden sind.

Wenn gemäß der vorstehenden Beschreibung der beschriebene Aufbau und das beschriebene Herstellungsverfahren für die Projektionsvorrichtung verwendet werden, entsteht eine kompakte Projektionsvorrichtung, die hinsichtlich der Genauigkeit und Güte des projizierten Bilds hervorragend ist, leicht in Massenproduktion herstellbar ist, preiswert ist und keine Belichtungs-Ungleichmäßigkeiten zeigt.

Mit der Erfindung ist eine kompakte Projektionsvorrichtung geschaffen, bei der in Richtung der optischen Achsen langgestreckte Linsensysteme zur Projektion einer Teilfläche eines Objekts auf eine vorbestimmte

30 Teilfläche eines Bildebene, d. h. Teil-Linsensysteme

zuerst mittels eines Linsenhalterungselements mit Nutenabschnitten oder Öffnungsabschnitten in Richtung der optischen Achsen eingestellt werden, die Lichtintensitätsverteilungen der Teil-Linsensysteme an der BiId-

35 ebene mittels einer Apertur-Eklipse oder öffnungs-

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abdunkelung so gesteuert werden, daß die Lichtintenz sität in dem Randbereich schwächer als zumindest in dem Mittelbereichist, eine Mehrzahl solcher Teil-Linsenelemente in einer vorbestimmten Richtungen—einer zur optischen Achse senkrechten Ebene angeordnet wird und die Lichtintensitätsverteilungen der Teil-Linsensystcme in geeigneter Weise zumindest an dem Randbereich miteinander überlagert werden, um eine Gleichförmigkeit der Verteilung der in Abtastrichtung integrierten Belichtungsmenge in bezug auf die Längsrichtung des Spalts eines Kopiergeräts mit Spaltbelichtung hervorzubringen. Das Teil-Linsensystem weist jeweils zwei Stablinsen auf, die im Vergleich zu ihrem wirksamen Durchmesser eine große Länge in Richtung ihrer optischen Achse haben, wobei zunächst zwischen den Stablinsen ein Zwischenbild erzeugt wird und dann schließlich eine Abbildung mit einfacher Vergrößerung bzw. der Vergrößerung 1:1 entsteht. Die Teil-Linsensysteme werden wabenartig in mehr als zwei Reihen so angeordnet, daß die Teil-Linsensysteme einer Reihe in Richtung der optischen Achsen gesehen zwischen den Teil-Linsensystemen der anderen Reihe angeordnet sind, wodurch bezüglich der Längsrichtung des Spalts die Gleichförmigkeit der Verteilung der in der Abtastrichtung integrierten Belichtungsmenge verbessert

25 wird.

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Claims (14)

© Int. Cl. 3 = Int. Cl. 2 Int. Cl. 2: ® BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDG 02 B 13/24 DEUTSCHES PATENTAMT Offenlegungsschrift 29 51 452 Aktenzeichen:P 29 5112.452.1Anmeldetag:20.7.79Offenlegungstag:17.80 Unionspriorität: 28. 12.78 28. 12. 78 28. 12.78 28. 12. 78 28. 12. 78 28. 12. 78 Japan Japan Japan Japan Japan Japan P165885-78 P 165887-78 P165889-78 P165893-78 P 166049-78 P 166055-78 28. 12. 78 Japan P 165886-78 28. 12. 78 Japan P 165888-78 28.12.78 Japan P165891-78 28 12. 78 Japan P 165894-78 28. 12. 78 Japan P 166054-78 Bezeichnung: Projektionsvorrichtung Anmelder: Canon K.K., Tokio Vertreter: Erfinder: Tiedtke, H , Dipl. Ing.; Bühling, G,, Dipl. Chem.; Kinne, Ft., Dipl. Ing.; Grupe, P., Dipl.-Ing.; Pellmann, H-B., Dipl.-Ing.; Pat.-Anwälte, 8000 München Midorikawa, Koyo, Tokio; Tsunoda, Atsuo, Fuchu, Tokio; Murase, Hidetoshi; Mochizuki, Noritaka; Yokohama; Minami, Setsuo, Kawasaki; Matsui, Yoshiya, Yokohama; Kanagawa; Moriwaki. Masazumi. Tokio; Suzuta, Mikio, Yokohama, Kanagawa (Japan) • 7 80 030 029/645 TlEOTKE - BüHLING - KlNNE Grupe - Pellmann Dipl.-Ing. H. Tiedtke ϋιρΐ.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.:089-5396 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München 20. Dezember 1979 DE 0137 10 Patentansprüche

1. Projektionsvorrichtung, bei der eine Mehrzahl von in Richtung der optischen Achse langgestreckten Teil-Linsensystemen zur Projektion eines Teilbereichs eines Objekts auf einen entsprechenden Teilbereich einer Bildebene in einer vorbestimmten Richtung in einer zu den optischen Achsen senkrechten Ebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Teil-Linsensysteme (3) zwei Stablinsen (1, 2; 31, 32) aufweist, die im Vergleich zu ihrem wirksamen Durchmesser eine große Länge in Richtung ihrer optischen Achse haben und mit denen die Lichtintensitätsverteilung des Teil-Linsensystems durch eine Linsenöffnungs-Ausblendung in der Weise, daß die Lichtintensität in dem Randbereich zumindest geringer als in dem Mittelbereich ist, und durch einen Lichtabsorptionsbereich (8; 13; 41) an dem äußeren Umfangsabschnitt der Stablinsen für die Dämpfung und Ausschaltung unnötiger, den von dem wirksamen Durchmesserbereich der Stablinsen verschiedenen Bereich der Stablinsen erreichender Lichtstrahlen gesteuert ist, und daß die Teil-Linsensysteme im wesentlichen unter gleichen Abständen in einer vorbestimmten Richtung in einer zu den optischen Achsen senkrechten Ebene angeordnet sind und ihre Lage durch in Richtung der optischen Achsen langgestreckte Nutenteile eines Linsenhalterungselements (25; 34) in der Weise bestimmt ist, daß die Lichtintensitätsverteilungen

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Oeutsche Bank (Mimctwn) KIo 51/61070

Ocsdnor Bank {München) KIo 3939844

Postscheck (München) KIo 670-43-8(M

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einander zumindest in dem Randbereich überlagern, während im wesentlich in gleichen Abständen angeordnete Nutenteile eines weiteren Linsenhalterungselements (26; 35), die den Nutenteilen des einen Linsenhalterungselements gegenübergesetzt sind, wabenartig angebracht und gegenüber den anderen Nutenteilen um einen halben Teilungsabstand versetzt sind, wobei mittels dieser Nutenteile die Lage von Teil-Linsensystemen festgelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinsen (1, 2) einen gleichmäßigen Durchmesser haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-15 zeichnet, daß ein Ende einer jeden Stablinse (31, 32)

einen Außendurchmesser hat, der größer als der wirksame Durchmesser der Linse ist, und daß der von dem Bereich wirksamen Durchmessers verschiedene Teilbereich (17; 44) an der Stirnfläche einer jeden Stablinse ein lichtundurchlässiger Teilbereich ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtabsorptionsbereich (13; 41) im wesentlichen den gleichen Brechungsindex

25 wie die Stablinsen (1, 2; 31, 32) hat.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil-Linsensysteme mit Rohrelementen (8; 15; 33) verbunden sind.

6. Projektionsvorrichtung, bei der eine Mehrzahl von in Richtung der optischen Achsen langgestreckten Teil-Linsensystemen zur Projektion eines Teilbereichs eines Objekts auf einen entsprechenden Teilbereich einer

° Bildebene in einer vorbestimmten Richtung in einer zu

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den optischen Achsen senkrechten Ebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Teil-Linsensysteme zwei Stablinsen (1, 2; 31, 32) aufweist, die im Vergleich zu ihrem wirksamen Durchmesser eine in Richtung ihrer optischen Achse große Länge haben und bei denen die Lichtintensitätsverteilung des Teil-Linsensystems durch eine Linsenöf fnungs-Ausblendung so gesteuert ist, daß die Lichtintensität in dem Randbereich zumindest geringer als in dem Mittelbereich ist, und daß die Teil-Linsensysteme im wesentlichen unter gleichen Abständen in einer vorbestimmten Richtung in einer zu den optischen Achsen senkrechten Ebene angeordnet sind und ein Linsenhalterungselement (38) mit in Richtung der optischen Achsen langgestreckten Öffnungsbereiche in der Weise haben, daß sich die Lichtintensitätsverteilungen in den Randbereichen überlagern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen in gleichen Abständen angeordneten Öffnungsbereiche wabenartig in zwei Reihen angeordnet sind, die gegeneinander um eine- halbe Teilungsbreite in einer vorbestimmten Richtung versetzt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn-" zeichnet, daß an dem Außenumfangsbereich der Stablinsen (1, 2; 31, 32) ein Lichtabsorptionsbereich (41, 43) für die Dämpfung und Ausschaltung unnötiger Lichtstrahlen angebracht ist, welche den von dem Bereich wirksamen Durchmessers der Stablinse verschiedenen Bereich der

Stablinse erreichen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinsen (1, 2) gleichmäßigen

Durchmesser haben. 35

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10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende einer jeden Stablinse (31, 32) einen Außendurchmesser hat, der größer als der wirksame Durchmesser der Stabiinse ist, und daß der von dem Bereich wirksamen Durchmessers verschiedene Bereich

der Endoberfläche einer jeden Stabiinse ein lichtundurchlässiger Bereich (17; 44) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn-10 zeichnet, daß der Lichtabsorptionsbereich (41, 43) im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie die Stablinse (1, 2; 31, 32) hat.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil-Linsensysteme mit Hilfe von Rohrelementen (8; 15; 33) verbunden sind.

13. Projektionsvorrichtung, bei der eine Mehrzahl

von in Richtung der optischen Achsen langgestreckten

Teil-Linsensystemen zur Projektion eines Teilbereichs

eines Objekts auf einen entsprechenden Teilbereich einer Bildebene in einer vorbestimmten Richtung in einer zu den optischen Achsen senkrechten Ebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Teil-Linsensysteme

zwei Stablinsen (1, 2; 31, 32) aufweist, die im Vergleich zu ihrem wirksamen Durchmesser in Richtung ihrer optischen Achse eine große Länge haben und an denen die Lichtintensitätsverteilung des Teil-Linsensystems durch

eine Linsenöffnungs-Ausblendung so gesteuert ist, daß

die Lichtintensität in dem Randbereich zumindest geringer als in dem Mittelbereich ist, wobei die Stablinsen miteinander in Richtung der optischen Achse mittels eines Rohrelements (33) verbunden sind, und daß ein Verbindungselement (34, 35; 38) für die Anordnung einer Mehrzahl der Rohrelemente unter im wesentlichen gleichen Abständen in einer vorbestimmten Richtung in einer zu den opti-

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sehen Achsen senkrechten Ebene vorgesehen ist, das die Rohrelemente derart aneinander grenzen läßt/ daß die Lichtintensitätsverteilungen der Teil-Linsensysteme einander wenigstens an den Randbereichen überlagern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrelemente (33) für die Verbindung der Teil-Linsensysteme in der Richtung der optischen Achsen aneinander wabenartig in zwei Reihen unter gegenseitiger Versetzung um einen halben Teilungsabstand angrenzen.

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