DE4133738C2

DE4133738C2 -

Info

Publication number: DE4133738C2
Application number: DE4133738A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Tokio/Tokyo Jp Hirano
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1993-06-24
Also published as: JP2859418B2; GB9121462D0; JPH04149507A; US5155632A; DE4133738A1; GB2250355A; GB2250355B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kopierlinsensystem mit einem Drei-Einheiten/ Drei-Elementen-Aufbau, welches bei Kopierverhältnissen im Bereich von ungefähr 0,5 bis 2,0 ein gutes Verhalten zeigt.

Mit der wachsenden Nachfrage nach der Herstellung kleinerer Kopiermaschinen mit niedrigeren Kosten ist die Notwendigkeit aufgetreten, kleinere und preiswertere Kopierlinsensysteme zu verwenden. Zwei Hauptwege für die Realisierung solch eines Linsensystems sind ein symmetrischer Typ eines Linsensystems mit einem Vier-Einheiten/Vier-Elementen-Aufbau, der ein F_no von ungefähr 5,6 aufweist, wie in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung No. 51 091/1985 vorgeschlagen wurde, sowie ein Linsensystem vom asymmetrischen Typ mit einem Drei-Einheiten/Drei-Elementen-Aufbau, welches die minimal notwendige Anzahl von Linsenelementen verwendet, um ein flaches Bild zu erhalten, und welches ein F_no von ungefähr 1 : 8 aufweist, wie in der ungeprüften, veröffentlichten japanischen Patentanmeldung No. 1 80 924/1988 vorgeschlagen wird.

Jedoch ist das herkömmliche Kopierlinsensystem eines Drei-Einheiten/Drei-Elementen-Aufbaus schwierig preisgünstig herzustellen, weil die einzelnen Linsenelemente hohe Brechungsindizes aufweisen, und deshalb nicht aus preiswerten optischen Materialien hergestellt werden können. Andererseits ist der herkömmliche Vier-Einheiten/Vier-Elementen-Aufbau nachteilig darin, daß er nicht kompakt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kopierlinsensystem mit einem Drei-Einheiten/ Drei-Elementen-Aufbau vorzusehen, welches aus relativ preiswerten optischen Materialien hergestellt werden kann, und welches ein befriedigendes Verhalten zeigt bei Kopierverhältnissen im Bereich von ungefähr 0,5 bis 2,0.

Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Kopierlinsensystem mit einem Drei-Einheiten/ Drei-Elementen-Aufbau, welches in der Reihenfolge von der Objektseite her ein erstes Linsenelement mit positivem Meniskus mit einer konvexen, auf das Objekt gerichteten Oberfläche, eine negative zweite Linse mit einer konkaven Oberfläche auf beiden Seiten, und eine positive dritte Linse mit einer konvexen Oberfläche auf beiden Seiten umfaßt, welches Linsensystem die folgenden Bedingungen erfüllt:

1,70 < n₁ + v₁/200 1,93 (1)

0,10 < n₃ - n₁ (2)

0,06 < d_t/f_t 0,11 (3)

0,60 < - r₃/r₄ < 1,05 (4)

1,40 < - r₅/r₆ < 2,70 (5)

worin
f_t die Brennweite des gesamten Systems ist;
n_i der Brechungsindex der i-ten Linse an der d-Linie;
v_i die Abbe-Zahl der i-ten Linse;
r_j der Krümmungsradius der j-ten Linse; und
d_t die Gesamtlänge des Systems ist.

Im folgenden soll die vorliegende Erfindung detaillierter unter Zuhilfenahme der begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht des Kopierlinsensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems des ersten Ausführungsbeispieles bei einem Kopierverhältnis von 1,0 darstellt;

Fig. 3 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems des ersten Ausführungsbeispieles bei einem Kopierverhältnis von 0,5 darstellt;

Fig. 4 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems des ersten Ausführungsbeispieles bei einem Kopierverhältnis von 2,0 darstellt;

Fig. 5 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht des Kopierlinsensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 1,0 darstellt;

Fig. 7 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensysems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 0,5 darstellt;

Fig. 8 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 2,0 darstellt;

Fig. 9 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht des Kopierlinsensystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 1,0 darstellt;

Fig. 11 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 0,5 darstellt;

Fig. 12 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 2,0 darstellt;

Fig. 13 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht des Kopierlinsensystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 1,0 darstellt;

Fig. 15 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 0,5 darstellt; und

Fig. 16 ist ein Graph, welcher die Aberrationskurven des Linsensystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel bei einem Kopierverhältnis von 2,0 darstellt.

Die Zusammensetzungen der Kopierlinsensysteme gemäß der vier Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf Zeichnungen und Tabellen beschrieben.

Die Kopierlinsensysteme gemäß den vier Ausführungsbeispielen werden verwendet zum Kopieren bei Verhältnissen im Bereich von ungefähr 0,5 (Verkleinerung) bis 2,0 (Vergrößerung) einschließlich Größe-für-Größe, mit einer Helligkeit in der Größenordnung von F_no · 1 : 8,5 und geeignet, Halbsichtwinkel von bis zu ungefähr 22° abzudecken, wobei die Brennweite des Gesamtsystems 100 mm beträgt.

Die Fig. 1, 3, 5 und 9 zeigen die Linsenanordnungen der jeweiligen Ausführungsbeispiele 1 bis 4, in welchen das erste Linsenelement L₁, das zweite Linsenelement L₂ und das dritte Linsenelement L₃ in der angegebenen Reihenfolge von der Objektseite angeordnet sind. Das erste Linsenelement L₁ ist eine Linse mit positivem Meniskus mit einer konvexen, auf das Objekt gerichteten Oberfläche, das zweite Linsenelement L₂ ist eine negative Linse mit einer konkaven Oberfläche auf ihren beiden Seiten, und das dritte Linsenelement L₃ ist eine positive Linse mit einer konvexen Oberfläche auf ihren beiden Seiten.

Graphen, welche die Aberrationskurven zeigen, die bei Kopierverhältnissen von 1,0, 0,5 und 2,0 erhalten werden, sind für das Ausführungsbeispiel 1 in den Fig. 2 bis 4 gezeigt; für das Ausführungsbeispiel 2 in den Fig. 6 bis 8; in den Fig. 10 bis 12 für das Ausführungsbeispiel 3; und in den Fig. 11 bis 14 für das Ausführungsbeispiel 4.

In den Tabellen 1 bis 4, welche die Entwurfsspezifikationen der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 zeigen, bezeichnet r den Krümmungsradius (in mm) einzelner Linsenoberflächen, n gibt den Brechungsindex einzelner Linsen an und v bezeichnet deren Abbe-Zahlen.

Jedes der Kopierlinsensysteme gemäß der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung erfüllt die folgenden Bedingungen:

1,70 < n₁ + v₁/200 1,93 (1)

0,10 < n₃ - n₁ (2)

0,06 < d_t/f_t 0,11 (3)

0,60 < - r₃/r₄ < 1,05 (4)

1,40 < - r₅/r₆ < 2,70 (5)

Der Wert von n₁ + v₁/200 in Bedingung (1) bezieht sich auf den Brechungsindex und die Abbe-Zahl des ersten Linsenelementes. Falls dieser Wert seinen oberen Grenzwert 1,93 überschreitet, wächst der Brechungsindex des ersten Linsenelementes an, was für den Zweck der Abbertionskompensation wünschenswert ist. Jedoch wird es mit wachsendem Brechungsindex schwierig, das erste Linsenelement aus preiswerten optischen Materialien herzustellen, was aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten heraus nicht wünschenswert ist. Falls der Wert kleiner wird als sein unterer Grenzwert, ist der Brechungsindex des ersten Linsenelementes zu gering, um eine wirksame Kompensation für verschiedene Aberrationen zu erreichen.

Der Wert von n₃-n₁ in Bedingung (2) ist kritisch, um sicherzustellen, daß die Koma, welche aufgrund des reduzierten Brechungsindex des ersten Linsenelementes auftritt, wirksam durch das dritte Linsenelement kompensiert werden kann. Falls dieser Wert die Bedingung (2) nicht erfüllt, kann eine wirksame Kompensation der Koma nicht erreicht werden.

Der Wert von d_t/f_t in Bedingung (3) bezieht sich auf die Gesamtlänge des Linsensystems. Falls dieser Wert kleiner ist als sein unterer Grenzwert 0,06, wird ein sehr kompaktes System realisiert, jedoch wird es schwierig, verschiedene Aberrationen zu kompensieren. Im Gegensatz dazu ergibt sich, falls dieser Wert seinen oberen Grenzwert von 0,11 überschreitet, eine Bedingung, die vorteilhaft ist für das Kopierverhalten, jedoch ist die Gesamtgröße des Linsensystems nicht mehr kleiner als ein System mit einem Vier-Einheiten/Vier-Elementen-Aufbau, so daß die Anforderung an die Kompaktheit nicht mehr erfüllt werden kann.

Der Wert von -r₃/r₄ in Bedingung (4) bezieht sich auf die Geometrie des zweiten Linsenelementes. Falls dieser Wert seinen oberen Grenzwert von 1,05 überschreitet, verringert sich der Krümmungsradius der zweiten Oberfläche des zweiten Linsenelementes, und es wird schwierig, sphärische Aberration und Koma zu unterdrücken. Umgekehrt wird, falls dieser Wert kleiner wird als sein unterer Grenzwert von 0,60, nicht nur die sphärische Aberration überkompensiert, sondern es wird auch schwierig, eine balancierte Kompensation für einen Astigmatismus zu erreichen.

Der Wert von -r₅/r₆ in Bedingung (5) bezieht sich auf die Geometrie des dritten Linsenelementes. Falls dieser Wert seinen oberen Grenzwert von 2,70 überschreitet, wird die auf der vierten Linsenoberfläche auftretende Koma von dem dritten Linsenelement unterkompensiert. Falls der Wert kleiner ist als sein unterer Grenzwert, tritt in dem dritten Linsenelement Überkompensation für die Koma auf.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Entwurfsspezifikationen des Kopierlinsensystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Tabelle 1

Die folgende Tabelle 2 zeigt die Entwurfsspezifikationen des Kopierlinsensystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Tabelle 2

Die folgende Tabelle 3 zeigt die Entwurfsspezifikationen des Kopierlinsensystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Tabelle 3

Die folgende Tabelle 4 zeigt die Entwurfsspezifikationen des Kopierlinsensystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Tabelle 4

Die Tabelle 5 listet die Werte auf, die sich für die Kopierlinsensysteme der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 im Zusammenhang mit den oben erörterten Bedingungen (1) bis (5) ergeben.

Tabelle 5

Somit erfüllt jedes der Kopierlinsensysteme der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 die folgenden Bedingungen der vorliegenden Erfindung:

1,70 < n₁ + v₁/200 1,93 (1)

0,10 < n₃ - n₁ (2)

0,06 < d_t/f_t 0,11 (3)

0,60 < -r₃/r₄ < 1,05 (4)

1,40 < -r₅/r₆ < 2,70 (5)

Wie anhand der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 gezeigt wurde, erlaubt die vorliegende Erfindung die Verwendung von optischen Materialien mit niedrigem Index bei der Herstellung des ersten Linsenelementes eines Kopierlinsensystems mit einem Drei-Einheiten/ Drei-Elementen-Aufbau und trägt somit zu einer wesentlichen Verringerung der Herstellungskosten bei. Zusätzlich weist das Kopierlinsensystem der vorliegenden Erfindung ein zufriedenstellendes Verhalten bei Kopierverhältnissen über einen weiten Bereich von 0,5 bis 2,0 auf.

Nach der obigen Beschreibung der Konstruktion erlaubt das Kopierlinsensystem der vorliegenden Erfindung die Verwendung preiswerter optischer Materialien, die etwas geringere Brechungsindizes haben als jene, die in dem ersten Linsenelement der herkömmlichen Version eines Drei-Einheiten/Drei-Elementen-Aufbaus verwendet werden. Demgemäß ist das Linsensystem der vorliegenden Erfindung kompakt, und trotzdem können die Kosten des ersten Linsenelementes auf ungefähr ein Viertel bis ein Zehntel der bisher notwendigen Kosten reduziert werden. Darüber hinaus zeigt dieses Linsensystem ein zufriedenstellendes Kopierverhalten bei Verhältnissen über den weiten Bereich von 0,5 bis 2,0.

Claims

1. Kopierlinsensystem mit einem Drei-Einheiten/ Drei-Elementen-Aufbau, welches in der Reihenfolge von der Objektseite her eine erste Linse mit positivem Meniskus mit einer auf das Objekt gerichteten, konvexen Oberfläche, eine negative zweite Linse mit einer konkaven Oberfläche auf beiden Seiten, und eine positive dritte Linse mit einer konvexen Oberfläche auf beiden Seiten umfaßt, welches Linsensystem die folgenden Bedingungen erfüllt: 1,70 < n₁ + v₁/200 1,93 (1)0,10 < n₃ - n₁ (2)0,06 < d_t/f_t 0,11 (3)0,60 < - r₃/r₄ < 1,05 (4)1,40 < - r₅/r₆ < 2,70 (5)worin
f_t die Brennweite des gesamten Systems ist;
n_i der Brechungsindex der i-ten Linse an der d-Linie;
v_i die Abbe-Zahl der i-ten Linse;
r_j der Krümmungsradius der j-ten Linse; und
d_t die Gesamtlänge des Systems ist.

2. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen den folgenden Parametern genügen:

3. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen den folgenden Parametern genügen:

4. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen den folgenden Parametern genügen:

5. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen den folgenden Parametern genügen: