DE2013894A1 - Optisches Abbildungssystem - Google Patents

Description

O Π Ί Q P" Q /ι

Patentanwälte Dipl.-Ing. EWeickmann, ^r

Dipl.-Ing. H. We rc kmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B-.. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 XMHA MÖHLSTRASSE22, RUFNUMMER 48 39 21/22

XEROX CORPORATION, Rochester, NoY. 14603, V.St.A.

Optisches Abbildungssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches; Abbildungssystem mit einem Objektträger und einer neben diesem gehaltenen, parallel zum Objektträger bewegbaren, lichtempfindlichen Aufzeichnungsfläche, zwischen denen ein Abbildungsbereich liegt.

Bei der Elektrofotografie, wie sie z.B. aus der US-Patentschrift 3 121 006 bekannt ist, wird eine lichtempfindliche Aufzeichnungsfläche aus einer Schicht eines,fotoleitenden Materials, wie Zinkoxid oder ähnlichem, auf einer mäßig elektrisch leitenden Unterlage, wie ZoB<, Papier, als Träger eines elektrostatischen Bilds benutzt. Bei den herkömmlichen Verfahren wird die Oberfläche der elektrofotografischen Aufzeichnungsfläche gleichmäßig elektrostatisch geladen und dann mit einem Lichtbild eines zu reproduzierenden Originals belichtet, um damit die Aufzeichnungsfläche in den von Mcht getroffenen Bereichen zu entladen· I>ie nicht entladenen Bereiche der Schicht bilden dann ein elektrostatisches Ladungsmuster, das dem Original entspricht«

Bas ladungsbild kann dann entwickelt werden»; indem es mit einem elektrostatisch anziehbaren Stoff, wie einem fein un*-.

.■'· BAD

909842/

terteilten Pulver, in Berührung gebracht wird. Das Pulver wird in den Bildbereichen elektrostatisch gebunden. Dort, wo das durch die Ladung bedingte Feld am größten ist, wird auch am meisten Pulver abgelagert} dort, wo die Ladung am geringsten ist, wird dagegen wenig oder gar kein Pulver abgelagerto Auf diese Weise wird ein dem Original entsprechendes Pulverbild erzeugt» Anschließend kann das auf dem fotoleitenden Material gebundene Pulver fixiert werden, damit es eine dauerhafte Kopie ergibto

Die meisten heute kommerziell benutzten Kopiermaschinen erfordern eine große Bild- und Gegenstandsweite zwischen dem als Original verwendeten Schriftstück und der lichtempfindlichen Aufzeichnungsfläche· Gewöhnlich muß diese Entfernung etwa zweimal so groß wie die Diagonale des optisch projizierten Teils des Originals sein. Mit dem Streben nach kompakteren Kopiermaschinen ist es notwendig, Abbildungsteohniken einzuführen, die die Verkleinerung der Bild- und Gegenstandsweiten und damit der Abmessungen der gesamten Kopiermaschinen ermöglichen.

Abbildungssysteme, die ein Lichtbild eines Originals auf eine Aufzeichnungsfläche projizieren, die in einer kurzen Entfernung zum Original angeordnet ist, sind aus den französischen Patentschriften 1 532 844 und 1 533 550 bekannt. Während der Abbildung müssen aber das Objekt und die Aufaeich"· nungsflache bei diesen bekannten Einrichtungen gegeneinander unbeweglich gehalten werden· Die Abbildung geschieht dabei in einer fließenden Welse, da die Abbildungsoptik sich gegenüber dem Objekt und der Aufzeichnungsfläche bewegt· Di· mit einem Bild versehene Aufzeichnungsfläche kann dann entwickelt und das Bild auf ein Trägermaterial übertragen werden*

Eine andere bekannte Einrichtung mit kurzer Bild- und Gegenstandsweite ist in der kanadischen Patentschrift 771 916

009842/1180 BAD ORIGINAL

2013 8 0

■beschrieben. Bei dieser bekannten Einrichtung müssen beide, die Aufzeichnungsfläche und das zu reproduzierende Objekt . gegeneinander in entgegengesetzten Eichtungen bewegt werden. Das mit einem Bild versehene Blatt kann dann entwickelt und fixiert, werden, um eine dauerhafte Kopie zu erhalten.

Diese bisher bekannten Abbildungssysteme sind nicht universell für kontinuierlich und automatisch arbeitende Kopier*- maschinen geeignet· So kann ζ·Β· die Anwendungsbreite von Kopiermaschinen ausgedehnt werden, wenn auch die Abbildungseinrichtungen ebenso wie die anderen elektrofotografischen BehändlungsStationen in kontinuierlicher Weise arbeiten. Diese kontinuierliche Arbeitsweise kann selbstverständlich nicht aufrechterhalten werden, wenn die Aufzeichnungsfläche jeweils während der Abbildung angehalten werden mußo Weiterhin kann die Anwendungsbreite von Kopiermaschinen vergrößert werden, wenn das zu kopierende Original während der Abbildung festgehalten werden kann· Bei der Abtastung eines festliegenden Originals ist es einfacher, auch dreidimensionale Objekte aufzeichnen zu können. Bei solchen Einrichtungen mit festliegendem Original wird auch die Behandlung des Originals durch Portfall von Greif- und Vorschubmechaniken einfacher«.

Die Benutzung eines oder mehrerer Umlenkspiegel bei einer Optik mit kurzer Bild— und Gegenstandsweite ist nioht bei jeder Maschinenkonstruktion geeignet« Werden mehrere Umlenkspiegel in und^v über den Idnsenstreifen einer Abbildungsoptik mit Abstand zueinander angeordnet, so bedingen diese eine Quer— Bchnitteform der Abbildungsoptik, die keinen unmittelbaren und kompakten Idchtstrahlendurohgang von dem optisoh gegenüberliegenden Objekt auf die Bildebene gestatten. Weiterhin , verlangt die Verwendung einzelner Umlenkspiegel die Justierung dieser zusätzlichen optischen Bauelemente sowohl zueinander als auch gegenüber den Linsen der Optik, so daß sie

0098A2/1180

eine geeignete Lage gegenüber Objekt und Aufzeichnungsfläche einnehmen·

Aufgabe der Erfindung ist es daher, zur Projektion eines Lichtbilds von einem gegenüber einer Aufzeichnungsfläche dicht benachbarten Objekt auf diese ein neues Abbildungssystem zu schaffen, mit dem in einander übergeheefle Lichtstrahlen von einem festliegenden Objekt auf eine sich bewegende Aufzeichnungsfläche über eine kurze Bild- und Gegenstandsweite abzubilden sind β

Ausgehend von einem optischen Abbildungssystem der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Abbildungsoptik kurzer Brennweite in dem Abbildungsbereich zwischen Objektträger und Aufzeichnungsfläche vorgesehen ist, die mehrere Linsenstreifen und ein Strahlenumkehrelement mit mindestens einer Fläche aufweist, so daß vom Objektträger zur Aufzeichnungsfläche gehende Lichtstrahlen durch Reflexion umkehrbar sind, und daß die Abbildungsoptik parallel zur Aufzeichnungsfläche mit deren halber Geschwindigkeit bewegbar ist·

Mit Hilfe einer solchen neuen Einrichtung, bei der gemäß einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung als Strahlenumkehrelement ein Prisma verwendet wird, sind auch ohne Spiegel eine sehr kurze Bild- und Gegenstandweite und damit die dadurch erzielbaren Vorteile zu erreichen.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungebeispiele näher erläutert· Im einzelnen zeigern

Fig«1 eine sohematisohe Sarstellung einer automatischen Kopiermaschine, bei der das erfindungsgemäße Abbildungssystem benutzt ist,

?ig»2 eine perspektivische Ansioht dee in Pig.1 gezeigten

009842/1180

BAD ORIGINAL

Abbildungssystems und

Pig·3 eine perspektivische Ansicht einer etwas anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems.

In Pig.1 ist eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einer geeigneten automatische^ elektrofotografischen Kopiermaschine dargestellt. Die Kopiermaschine kann eine elektrofotografische Aufzeichnungsfläche 10 aufweisen, die die Form eines flexiblen Bandes oder Blattes hat, die eine Schicht eines lichtempfindlichen, fotoleitenden Materials auf einer mäßig leitenden Unterlage * z.Bo aus Papier, aufweist. Das Blatt wird als kontinuierliches Band ausgebildet und auf geeigneten Rollen 12 und 14 aufgerollt, um es nacheinander in der durch den Pfeil angegebenen Richtung an den" verschiedenen elektrofotografischen BehändlungsStationen vorbeizubewegen· Selbstverständlich kann als Aufzeichnungsfläche jedes beliebige lichtempfindliche Material, z«B· auch ein fotografischer Film verwendet werden. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden kurz die elektrofotografischen. Behandlungsstationen in der Reihenfolge beschrieben, wie sie von dem Band durchlaufen werden.

An einer Aufladungsstation A wird eine gleichmäßige elektrostatische Ladung auf der lichtempfindlichen Aufzelohnungsfläohe aufgebracht·

An einer Belichtungsstation B wird ein Liohtbild des zu kopierenden Originals auf die Aufzeichnungsfläche projiziert, Uli deren Ladung in den belichteten Bereichen abzubauen, woduroh ein dem Original entsprechendes Ladungsbild entsteht·

An einer Entwicklungsstation C wird ein elektrofotografischer Eatwicklerstoff in Form von mit einer gegenüber dem Ladungsbild entgegengesetzten Polarität aufgeladenen Tonerteilchen mit der Aufzeichnungsfläche in Berührung gebracht, indem z.B. eine magnetische oder aber Pellbürste benutzt wird,, Die To«

009842/1180

nerteilohen werden vom Ladungsbild gebunden, so daß ein dem Original entsprechendes Pulverbild entsteht. An einer Schmelzfixierstation D wird das Tonerbild auf dem Trägerband fixiert, damit eine dauerhafte Kopie des Originals entsteht·

Es wird angenommen, daß diese kurze Beschreibung der elektrofotografischen Behandlungsstationen ausreicht, um in Verbindung mit diesen die Erfindung zu verstehen· Weitere Einzelheiten elektrofotografischer Verfahren sind der vorstehend genannten US-Patentschrift zu entnehmen·

Vor Betriebsbeginn des erfindungsgemäßen Abbildungesystems muß zuerst das zu kopierende Original oder Objekt auf einem Objektträger 16 angeordnet werden· Der Objektträger ist als flaohe, ebene Fläche ausgebildet, da auch das Band im Abbildungsbereioh 18 eine flache, ebene Fläche bildet· Zwischen dem Objektträger 16 und der Aufzeichnungsfläche 10 ist eine Abbildungsoptik 20 vorgesehen·

Die Abbildungsoptik weist mehrere lichtdurchlässige und lichtbreohende Linsenstreifen 22, 24 und 26 auf» auf denen Linsenteile 28 aufgeformt sind. Der Linsenstreifen 22 kann zwei Brennweiten vom zu kopierenden Objekt und dem Zwisohenbildlinsenstreifen 24- angeordnet sein. Die Lineenteile dieses Linsenstrelfehs 22 projizieren Liohtbilder des Objekts und invertieren und kehren die einzelnen abgetasteten BiId-Segmente des Objekte um· Der Linsenstreifen 26 kann sswei Brennweiten von dem Zwlsohenbildlinsenatreifen und etwas mehr als zwei Brennweiten von der Aufzeichnungsfläche 10 entfernt sein und invertiert und kehrt seinerseits die von dem Zwisohenbildlinsenstreifen 24 gebildeten Bilder um, so daß sohließlioh aufrechte, seitenvertausohte Bilder der abgetasteten Segmente des Objekts auf die Aufzeichnungsfläche 10 projiziert werden»

009842/1180

Werden die vom Linsenstreifen 26 kommenden Lichtstrahlen unmittelbar zur Bildung eines Bilds auf der Aufzeiohnungsflache herangezogen, so entsteht ein aufrechtstehendes, seitenvertauschtes Bild gegenüber dem zu kopierenden Original. Da jedoch das auf der Aufzeichnungsfläche erzeugte elektrostatische Ladungsbild direkt entwickelt und fixiert werden soll, muß das Bild vor einer Entladung der Aufzeichnungsfläche optisch umgekehrt werden. Dieses wird durch ein Daohprisma 30 erreicht, das zwischen der Aufzeichnungsfläche 10 und dem Linsenstreifen 26 angeordnet istο Das gleiche Ergebnis kann auch durch Anordnung des Prismas ζ-·Β· zwischen dem Linsenstreifen 22 und dem Objekt erzielt werden· Das Daeh~ prisma, das sich über die Länge der Linsenstreifen und damit über die Breite der Aufzeichnungsfläche erstreckt, kehrt das projizierte Bild um, so daß die Ladung auf der Aufzeichnungsfläche in einer aufrechten, seitenrichtigen Wiedergabe des Objekts entladen wird_c

Die in Fig·2 gezeigte Ansicht des Prismas stellt die von der Eingangsfläche 34 gebrochenen Lichtstrahlen dar, die dann erneut an der Ausgangsfläohe 36 des Prismas gebrochen werden, wodurch die Lichtstrahlen, die vom Linsenstreifen 26 kommen und auf die Aufzeichnungsfläche 10 wollen, umgekehrt werden. Die Verwendung eines Dachprismas ermöglicht einen ziemlich geraden und direkten Strahlengang vom Objekt zur Aufzeichnungsfläche· Die Verwendung des Prismas, das in einer einzigen Einheit brechende und reflektierende Flächen verbindet, erlaubt die genaue Umkehrung von Lichtbildern, ohne daß eine Justierung der verschiedenen brechenden und reflektierenden Flächen zueinander erforderlich ist·

Die auf diese Weise die Aufzeichnungsfläche treffenden Lichtstrahlen bauen daher die ursprüngliche Ladung der Aufzeichnungsfläche in Form eines dem zu kopierenden Original ent*· sprechenden Ladungsbilds ab. Eine Lochblende 40 und eine Ge-

009842/1180

sichtsfeldblende 42 begrenzen die Intensität und Lichtmenge des vom Objekt auf die Aufzeichnungsfläche projizierten Lichts, wodurch eine gleichmäßige Lichtstärkenverteilung über der Aufzeichnungsfläche sichergestellt wird. Wie sofort zu ersehen ist, sind alle optischen Bauteile zu einer kompakten Abbildungsoptik zusammengefaßt, die sich zu jedem Zeitpunkt während der Abbildung im Abbildungsbereich befinden.

Die verschiedenen optischen Bauelemente, einschließlich der Linsenstreifen, der Blenden und des Prismas, werden durch Seitenplatten 44 gehalten, die sich wie die Linsenstreifen und das Prisma über die gesamte Länge des zu kopierenden Sohriftstückes und über die Breite des Bands erstrecken, woduroh sichergestellt ist, daß die gesamte Länge des Schriftstückes auf der Aufzeichnungsfläche abgebildet und aufgezeichnet werden kann. Stirnplatten 48 tragen die Seitenplatten und optischen Elemente in ihrer richtigen Zuordnung zueinander, so daß ein gegen Licht abgeschirmter Tunnel im Bereich vom Objektträger bis zur Aufzeichnungsfläche gebildet wird. Lampen 50 und Reflektoren 51 werden in der Nähe des Objekts zu dessen Beleuchtung von den Stirnplatten 48 gehalten.

Die Stirnplatten 48 sind mit Hilfe eines G-ewindeblocks 58 zu ihrer Bewegung auf einer Führungsspindel 54 gehalten, so daß die Abbildungsoptik parallel zum festliegenden Objekt und der sioh bewegenden Aufzeichnungsfläche sioh hin- und herbewegt. Die entgegengesetzte Stirnplatte trägt einen weiteren Lagerblock, der auf einer gegenüber der Führungsspindel 54 parallelen Stange geführt ist. Auf diese Weise wird die Entfernung zwischen der ersten Linsenleiste 22 und den Objekt während der Bewegung der Abbildungsoptik konstant gehalten· Die Anordnung stellt außerdem sicher, daß auch der Abstand zwischen dem Prisma 30 und der Aufieiohnungsfläohe während der Betriebsweise in ähnlicher Weise konstant gehalten wird»

009842/1180

Der Objektträger und die Aufzeichnungsfläche können auch in Form konzentrischer Kurven angeordnet sein, wobei dann die Abbildungsoptik 20 in einer zu ihnen ebenfalls konzentrischen Bahn bewegt wirdo

Durch einen Motor 62 wird die Abbildungsoptik über die Führungsspindel 54 angetrieben. Die Drehung der Spindel bewirkt eine Längsverschiebung des mit der Stirnplatte 48 verbundenen Gewindeblocks 58, wodurch die Abbildungsoptik 20 das zu kopierende Schriftstück abtastet. Möglichst ist dabei ein Motor zu verwenden, der die Abbildungsoptik 20 mit einer vor-? bestimmten Geschwindigkeit während der Abtastung bewegt und sie dann mit großer Geschwindigkeit in ihre Startstellung zurückführt, .

Zum Betrieb der elektrofotografischen Kopiermaschine werden die verschiedenen Behandlungsstationen einschließlich der Abbildungsoptik eingeschaltet. Die Aufnahmerolle 14 für das lichtempfindliche Band wird durch einen Motor 64 angetrieben, um nacheinander Teile des Bands durch die verschiedenen Behandlungsstationen in der gezeigten Pfeilriohtung mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen· Dadurch wird ein Teil des Bands zur gleichmäßigen Aufladung unter das Aufladefcrotron gebracht. Nach der Aufladung wird die Vorderkante dieses . Bandteiles den Abbildungsbereich 18 unter der Abbildungaoptik 20 an der Eingangskante 68 erreichen· In diesem Augenblick wird der Motor 64 eingeschaltet, um die Abbildungsoptik in der durch den Pfeil angegebenen Richtung des Bandvorschubs zu bewegen· Dadurch wird nacheinander in einer ineinander übergehenden Welse das zu kopierende Schriftstück abgetastet und abgebildet· Die Abbildungeoptik bewegt sioh mit der halben Geschwindigkeit des Bands, wodüroh das SohrlftetUok genauso abgetastet wird, als wenn die Abbildung«optik 20 stillstände und sich der Objektträger und die Aufzeichnungsfläche mit gliioher, aber entgegengesetzt gerichteter Geschwindigkeit

009842/1180

bewegen·

Nach dem Durohlauf der Abbildungsoptik durch den Abbildungsbereich 18 erreicht sie die Ausgangskante 70 des Abbildungsbereichs· Der Motor 64 bringt dann die Abbildungsoptik in ihre Abtaststartstellung schnell zurück, damit diese eine zweite Abtastung auf einen folgenden Teil der Aufzeichnungsfläche 10 abbilden kann. Selbstverständlich kann die Aufzeichnungsfläche ein geschnittenes Blatt oder eine Reihe nacheinander zugeführter Blätter sein, die mit Abstand zueinander von einer geeigneten Fördervorrichtung zugeführt werden. Die Maschine ist leicht so einzustellen, daß sie naoh einem oder einer vorbestimmten Anzahl von Abtastzyklen angehalten werden kann, woduroh auch die Erzeugung von elektrostatischen Ladungsbildern auf dem Band naoh einer bestimmten Anzahl gestoppt wird. Der mit einem Bild versehene Bereioh des Bands wird entwickelt, wenn dieses an der Entwioklungsstation 0 vorbeibewegt wird, und anschließend in der Sohmelzfixierstation D fixiert und schließlich als Rolle auf der Rolle 14 gespeichert.

In Fig.3 ist eine der in Fig.2 gezeigten Abbildungsoptik ähnliche Optik dargestellt, bei der jedoch anstelle des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Daohprismas ein k-förmiges Prisma benutzt wird· Bei dieser Ausführungsform ist die Funktionsweise der elektrofotografischen Kopiermaschine die gleiche, da auch die Funktionsweise der Abbildungsoptik annähernd gleioh ist· Das k-förmige Prisma 74 weist eine Eingangaflache 76 zum Empfang der Lichtstrahlen vom Linsenstreifen 26 auf, an der eine Brechung der niohtaxialen Strahlen auftritt· Die Lichtstrahlen werden dann Ton den Flächen 78, 80 und 82 reflektiert, wonach die niohtaxialen Strahlen abermals gebroohen werden, wenn sie durch die Ausgangsfläehe 84 des Prismas hindurohtreten. Auch hier bewirkt das gesamte Prisma eine Umkehrung der projlzierten Lichtstrahlen, so daß auf der

009842/1180

Aufzeichnungsfläche ein entwickelbarea und fixierbares aufrechtes und seitenrichtiges Bild des zu kopierenden Schriftstücks entsteht·

Die Brechungseigenschaft der Prismen 30 und 74 bewirkt, daß die Lichtstrahlen zwischen dem Schriftstück und dem Linsenstreifen 22 sowie dem Linsenstreifen 26 und der Aufzeichnungsfläche 10 einen unsymmetrischen Weg zurücklegen· Da der Li,nsenstreif en bei Fehlen eines Prismas oder eines strahlenbrechenden optischen Elements mit gleichen Abständen zum Objekt und der Aufzeichnungsfläche angeordnet wäre, erfordert die Anwesenheit des Prismas einen anderen Abstand zwischen dem Linsenstreifen und der durch, das Prisma abgetrennten Ebene· Dieses rührt daher, daß die yom Prisma umgelenkten Lichtstrahlen sich in einem anderen Medium ausbreiten· Diese unsymmetrische Anordnung kann zur Erreichung einer größeren

Freizügigkeit bei der Anordnung der optischen Elemente in Abbildungsoptiken ausgenutzt werden·

009842/1180

Claims (2)

1. Pat ent ansprüche

   Optisches Abbildungssystem mit einem Objektträger und einer neben diesem gehaltenen, parallel zum Objektträger bewegbaren lichtempfindlichen Aufzeichnungsfläche, zwischen denen ein Abbildungsbereich liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abbildungsoptik (20) kurzer Brennweite in dem Abbildungsbereich (18) zwischen Objektträger (16) und Aufzeichnungsfläche (10) vorgesehen ist, die mehrere Linsenstreifen (22, 24, 26) und ein Strahlenumkehrelement (30, 74) mit mindestens einer Fläche (32, 76) aufweist, so daß vom Objektträger (16) zur Aufzeichnungsfläche (10) gehende Lichtstrahlen duroh Reflexion umkehrbar sind, und daß die Abbildungsoptik (20) parallel zur Aufzeichnungsfläche (10) mit deren halber Geschwindigkeit bewegbar ist·
2. 2. Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenumkehrelement (30, 74) ein zwischen den Linsenstreifen (22 oder 26) und Objektträger (16) oder Aufzeichnungsfläche (10) angeordnetes Prisma ist.

   3· Abbildungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (30, 74) ein Dach-Prisma (30) ist·

   4· Abbildungssystem nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (30, 74) ein k-förmiges Prisma (74) ist.

   5· Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4» daduroh gekennzeichnet, daß das Strahlenumkehrelement (30, 74) mindestens awei Licht brechende (32, 36) und mindestens eine reflektierende Fläche (34) aufweist·

   009842/1180

   Leerseite