Brevet FR2478327A1 — publié le 19810918

1. L'invention concerne un dispositif de projection destiné à un système de tirage optique normal et redressé à conjugué court convenant à une utilisation dans une machine à copier ou autre. Il est connu que le conjugué du plan objet sur le plan image peut être réduit par un système optique dit composé dans lequel plusieurs systèmes élémentaires à lentilles, destinés à projeter une partie de la surface d'un objet sur une partie prédéterminée de la surface du plan image, sont disposés dans un plan perpendiculaire à l'axe optique, suivant une direction prédéterminée, à savoir longitudinalement à la fente d'une machine à copier du type à exposition par fente, ce qui permet de diminuer l'encombrement de l'ensemble du corps de la machine à copier. Les systèmes élémentaires à lentilles ou objectifs élémentaires comprenant chacun trois lentilles disposées dans la direction de l'axe optique sont connus et décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 592 542 et n0 3 584 952. La lentille médiane, faisant partie des trois lentilles disposées dans la direction de l'axe optique, se comporte comme une lentille de champ et, sous l'effet de la formation d'images par les deux lentilles sur les faces opposées de la lentille de champ, une partie de la surface d'un objet est projetée sur une partie prédé- terminée de la surface du plan image et, dans son ensemble, la zone de l'objet correspondant à la fente est projetée sur la zone correspondante de la fente sur le plan image, suivant un tirage optique normal et redressé. Brièvement décrite, la formation de l'image consiste à former une image intermédiaire inversée du point objet exactement au centre de l'axe optique de l'objectif élémentaire, au moyen de la lentille la plus proche du côté objet (cette lentille étant considérée comme la première lentille), puis à reformer une image sur le plan image au moyen de la lentille la plus proche du côté du plan image (constituant la troisième lentille), et enfin à former une image correspondant à un tirage optique normal redressé. Autrement dit, d'une manière générale, un tel système optique est symétrique. Les première et troisième lentilles suffisent au système de formation d'image, mais pour éviter toute perte 2. de la quantité de lumière, à savoir pour supprimer l'éclipse d'ouverture, une deuxième lentille, produisant un effet de champ, est disposée à proximité de l'image intermédiaire. Un masque est placé sur le plan image intermédiaire afin de limiter le champ de visée dans chaque objectif élémentaire, et une image d'une zone correspondant au champ de visée du masque est formée sur le plan image final et est superposée longitudinalement à la fente afin que, lors du balayage, la répartition de l'amplitude de l'exposition, intégrée dans la direction du balayage, soit uniforme le long de la fente. Cependant, dans un tel appareil, il est nécessaire d'établir avec précision la forme et la dimension du masque, le pas des dispositifs dans la direction longitudinale de la fente et la position relative du masque par rapport aux lentilles des objectifs élémentaires, conjointement avec la disposition des lentilles de chaque objectif élémentaire dans la direction longitudinale de la fente et, en fait, ceci est très difficile à réaliser. La construction de ce masque et les positions relatives données au masque et aux lentilles pendant le réglage déterminent l'irrégularité de l'exposition dans la direction longitudinale de la fente et, par conséquent, les caractéristiques optiques de l'ensemble du dispositif dépendent largement du masque. Par conséquent, si l'on peut supprimer le masque classique tout en pouvant assumer la fonction décrite précédemment, il est très souhaitable de procéder ainsi du point de vue de la fabrication. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 215 933 décrit par ailleurs un objectif élémentaire comprenant trois lentilles, la troisième lentille étant placée en une position éloignée du point intermédiaire entre la lentille située du côté de l'objet et la lentille située du côté du plan image. Cependant, dans le brevet précité, un masque est associé à chaque objectif élémentaire de manière que la répartition de l'intensité de la lumière sur le plan image ait une limite oblique d'environ 800 par rapport à la direction de la répartition de l'intensité de la lumière de l'objectif 3. élémentaire adjacent. Il en résulte le problème indiqué précédemment. L'invention a pour objet un dispositif perfectionné de projection dans lequel chaque objectif élémentaire comprend trois lentilles, duquel le masque classique est supprimé, et qui produit sur le plan image une distribution gaussienne de l'intensité de la lumière. A cet effet, dans un objectif élémentaire du dispositif selon l'invention, comprenant trois lentilles disposées dans la direction de l'axe optique, la lentille intermédiaire est placée en un point décalé par rapport au point milieu entre la lentille située vers l'objet et la lentille située vers le plan image. Un élément d'absorption de la lumière, arrêtant les rayons lumineux qui passent au-delà du diamètre utile de la lentille, est disposé entre les lentilles. La répartition de l'intensité de la lumière sur le plan image de chaque objectif élémentaire est rendue sensiblement gaussienne par une éclipse d'ouverture, et les objectifs élémentaires sont disposés dans un plan perpen- diculaire à l'axe optique, à un intervalle prédéterminé et dans une direction prédéterminée. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est un schéma montrant, dans la direction de l'axe optique, un objectif élémentaire faisant partie du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est un graphique montrant la répartition de l'intensité de la lumière sur le plan image de l'objectif élémentaire; - la figure 3 montre les répartitions d'intensité de lumière qui se superposent dans la direction du montage des objectifs élémentaires; - la figure 4A est une vue en perspective montrant la disposition des objectifs élémentaires; - la figure 4B est une vue en bout, dans la direction du système optique, montrant la disposition des objectifs élémentaires; 247832' 4. - les figures 5A et 5B sont des coupes montrant un système d'objectifs élémentaires, dans la direction de son montage et - la figure 6 est une vue schématique d'ensemble d'une machine à copier dans laquelle le dispositif selon l'invention est utilisé. Comme représenté sur la figure 1, des lentilles 1 et 3 sont des lentilles classiques de formation d'image. Le faisceau lumineux provenant du point objet 11 situé sur un plan objet 8 et décalé de l'axe optique est dirigé, par convergence, vers le point image intermédiaire 11', sur un plan image intermédiaire 6, par la lentille 1, puis il diverge vers une lentille 2. A ce moment, le faisceau lumineux compris entre des limites indiquées en 13 et 14 traverse les lentilles 2 et 3 et se dirige vers un pl-an image 9 avant de converger vers le point image final 11". Le point image final 11" est conjugué avec le point objet 11 et il constitue un tirage optique normal redressé. Le rayon central du faisceau lumineux compris entre les limites 13 et 14 est rendu parallèle à l'axe optique et traverse le plan image intermédiaire, car le système formé par les lentilles 1, 2 et 3 est un système dit télécentrique si les diamètres utiles de ces lentilles sont égaux. Le rôle de la lentille 2 sera à présent décrit. Au lieu de rendre égal à 100 % le coefficient de transmission de quantité de lumière dans un champ de visée demandé comme c'est le cas de la lentille de champ classique, la lentille 2 a son action affaiblie afin que le coefficient de transmission de quantité de lumière dans le champ de visée demandé soit de % au centre de ce champ de visée, mais qu'il soit convenablement réduit du centre du champ vers l'extérieur et qu'il s'annule dans sa partie la plus large. De même que précédemment, la lentille 2 est une lentille de champ et, dans un sens, elle assume également la fonction d'une lentille de formation d'image. Ensuite, le rayon lumineux compris entre les limites 14 et 15 et divergeant du point 11' arrive sur un élément 4 d'absorption de la lumière, puis sur un autre élément 5 d'absorption de la lumière o il est absorbé de 5. manière à ne pas converger vers le point image 11". Autrement dit, les éléments 4 et 5 d'absorption de la lumière arrêtent les rayons lumineux dépassant le diamètre utile de la lentille. Par conséquent, la partie du faisceau lumineux arrivant du point objet 11 à la première lentille 1 et utilisée pour la formation d'image au point 11" est comprise dans un angle solide dont les limites sont indiquées par les lignes 13 et 14. La grandeur de cet angle solide diminue de la partie centrée sur l'axe vers la partie décentrée par suite de l'effet d'éclipse d'ouverture et elle s'annule dans la partie 12 la plus grande du champ de visée. Cet angle solide atteint sa valeur maximale au point objet 10 situé sur l'axe optique 7, et sa grandeur est telle que la pupille de la lentille 1 est alignée sur le point objet 10 et que l'effet des éléments 4 et 5 d'absorption de la lumière est nul. La figure 2 est un graphique qui montre la distribution de l'intensité de la lumière (proportionnelle à l'angle solide précité) sur le plan image 9 de l'objectif élémentaire, l'intensité de la lumière étant indiquée en ordonnées et la hauteur de l'image (ou angle de visée) étant indiquée en abscisses. La distribution de l'intensité de la lumière est sensiblement gaussienne. Cet effet n'est pas obtenu dans un système optique symétrique utilisant des lentilles de configuration similaire, mais il est obtenu au moyen d'un système optique asymétrique. Si de tels systèmes ou objectifs élémentaires sont disposés à intervalles prédé- terminés, afin de former un réseau dans un plan perpen- diculaire à l'axe optique, la répartition finale de l'intensité lumineuse sur le plan image correspond à la superposition des répartitions de l'intensité lumineuse des objectifs élémentaires, comme montré sur la figure 3. Si l'on intègre ces répartitions dans la direction du balayage, la répartition de l'exposition apparaît sensiblement uniforme dans la direction du montage, comme indiqué en AA'. Les données numériques concernant le système optique selon l'invention seront à présent indiquées. Soit y 1' Y 2 et v 3 les pouvoirs de réfraction des lentilles 1, 2 et 3, respectivement, 01, 02 et 03 les 6. diamètres utiles des lentilles 1, 2 et 3, respectivement, e1' l'intervalle des points principaux des lentilles 1 et 2, e2' l'intervalle des points principaux des lentilles 2 et 3, S1 la distance comprise entre la lentille 1 et le plan objet, 0o le diamètre maximal du champ utile de visée de l'objet, S3' la distance comprise entre la lentille 3 et le plan image et Fe l'ouverture côté objet, le système optique étant considéré comme un système mince. Fe, S1 et 0o peuvent être pré-établis et, à partir de ces quantités déterminées et de la théorie de formation d'image paraxiale, les données numériques nécessaires pour le système optique sont déterminées. Tout d'abord, à partir de la définition de l'ouverture, on a: Sl2 + (2 1)2 Fe (1) 1l A partir de la théorie de formation paraxiale d'image dans le système de tirage optique normal redressé, on a: :lhl + [hl-(a1l+lhl)el'] x (2+2) - {al+lhl) + *2 x [h1-(a1l+,lhl) x el (2) x *3e2 o a, est l'angle d'inclinaison converti sur le côté objet et a1 = h1/S1. hl représente la hauteur d'incidence du rayon lumineux sur la lentille 1 pendant le calcul de la quantité paraxiale. Si l'on suppose que les pouvoirs de réfraction des lentilles 1, 2 et 3 sont tous égaux et que l'on tient compte de l'usinabilité de ces lentilles, on peut simplifier l'équation (2) de la manière suivante: 3Ph1 - 2*e1' x (Cl1+h1) - [a. + 24h1 - x (al+4h1) x el'] x de2' = 0 (3) 7. De plus, à partir de l'agrandissement intermédiaire d'image M1, on a: M1 L f1 (4) a1$ o a1' est l'angle d'inclinaison converti du côté image, tourné vers la lentille 1, et a1' h1/S1'. De plus, étant donné que le plan image intermédiaire se trouve entre les lentilles 1 et 2, on a: S1' = (6) 1-(2Fe) (7) el' > S1 ' - 0 x S1 e' 3-2el'x(s+) 8) e2' = i 1 e + 2 - i(S1 + ) x e S1 1 S' 1- (-+ 1-- 3 l-(---Sl-) Se e1-' +s1b) xe' - [2-x) x el] x e2' x [_l-- XQ-rpxC(-+2X) x e1' +'x {1-( s ') x eI' e2' x [12-x(S) x e']}] (9) e2 x! 2*-*x(--hx eî (9 2 1Si 8. Le pouvoir de réfraction I4 de la lentille peut être calculé en introduisant convenablement e2' dans l'équation (8), ou vice versa. En choisissant convenablement les valeurs de e1' et e2' indiquées dans les équations (7) et (8), le rendement avec lequel la lentille 2 transmet l'énergie lumineuse dans le champ de visée demandé peut être convenablement modifié. Dans une forme de réalisation, on choisit, pour des raisons de conception, e1' > 1,02e21. Si l'on tient compte de la possibilité d'inverser la lumière, e1' référence, le point principal situé entre les lentilles. Ensuite, l'indice de réfraction n et l'épaisseur d de la lentille étant connus, les rayons de courbure r1 et r2 de la lentille satisfont l'équation suivante donnant le pouvoir de réfraction: IP (n-1) x -25 2 2 Si l'on suppose que la lentille est une lentille biconvexe dont les deux faces ont la même courbure et si l'on tient compte de l'usinabilité de cette lentille, on a l'équation suivante: = (n-l) x 2 - - x (n-)2 (11) r r2 n Les données concernant les lentilles des formes de réalisation selon l'invention seront à présent indiquées. P est l'intervalle auquel les lentilles sont disposées; d2' est 9. la distance comprise entre la seconde surface de la lentille 1 et la première surface de la lentille 2; d4' est la distance entre la seconde surface de la lentille 2 et la première surface de la lentille 3; d est l'épaisseur commune des lentilles 1, 2 et 3; r1, r3 et r5 sont les rayons de courbure des surfaces côté objet des lentilles 1, 2 et 3, respec- tivement; r2, r4 et r6 sont les rayons de courbure des surfaces côté image des lentilles 1, 2 et 3, respectivement; et 1 est la distance du plan objet au plan image inter- médiaire. 0o S1 nd Matière r1, r3, r5 r2, r4, r6 d d2' P S3' Forme de réalisation n 1 6,8 1,8 -27,0 1,491 Acrylique ,8 -5,8 2,3 8,3 4,7 0,3600 36,65 Forme de réalisation n 2 6,9 1,8 -27,5 1,51633 "BK7" 6,1 -6,1 2,2 8,0 4,7 0,3600 37,02 Les figures 4A et 4B montrent la disposition des lentilles. La figure 4A est une vue en perspective montrant la disposition des objectifs élémentaires, et la figure 4B est une vue des objectifs élémentaires dans la direction de l'axe optique. Les surfaces extrêmes des objectifs élémentaires, tournées dans la direction de l'axe optique, sont réalisées de manière à être uniformes et sont disposées en deux rangées, longitudinalement à la fente et dans un plan perpendiculaire 10. à l'axe optique, suivant une disposition dite en quinconce dans laquelle les objectifs élémentaires sont décalés les uns par rapport aux autres de la moitié du pas, à savoir 1/2P, afin que l'irrégularité de l'exposition puisse être limitée à quelques pourcents ou moins. Il est évident qu'une seule rangée permet également d'obtenir un comportement optique prédéterminé. Les figures 5A et 5B sont des coupes d'objectifs élémentaires dans la direction de leur disposition. Les lentilles des objectifs peuvent être séparées les unes des autres dans la direction de la disposition, comme montré sur la figure 5A, ou bien elles peuvent se présenter sous la forme d'une feuille dite lenticulaire, dans laquelle ces lentilles forment un élément continu dans la direction de la dispo- sition, comme montré sur la figure 5B. Pour éviter l'effet d'une erreur telle qu'une excentricité ou autre, pouvant résulter d'une différence entre des mouvements de dilatation thermique, cette différence résultant elle-même de la différence entre la matière des lentilles et la matière des organes les supportant, la feuille lenticulaire peut être divisée de manière que plusieurs zones lenticulaires, comprenant chacune plusieurs lentilles, soient disposées et séparées de petits intervalles. La dilatation et la contraction des éléments sous l'effet de la température sont absorbées par ces petits intervalles. L'organe de support (c'est-à-dire la partie représentée en hachures) de chacun des objectifs élémentaires décrits ci-dessus constitue un élément d'absorption de la lumière qui retient la lumière afin que cette dernière ne puisse passer que par une zone d'un certain diamètre utile. Comme représenté sur la figure 5B, en choisissant convenablement l'épaisseur des lentilles, l'intervalle de leur disposition et leur angle de visée, les rayons lumineux inutiles pénétrant de chaque lentille dans un objectif élémentaire adjacent, au-delà du diamètre utile de chaque lentille, sont éliminés. La figure 6 montre le fonctionnement d'ensemble d'une machine à copier dans laquelle le dispositif selon i1. l'invention est utilisé. La figure 6 représente un tambour 16 qui est mis en rotation à vitesse constante, dans le sens indiqué par la flèche, au moyen d'un moteur (non représenté) et dont la surface périphérique porte un milieu photosensible 17 comprenant un substrat conducteur du courant électrique, une couche photoconductrice et une couche isolante super- ficielle et transparente, ces couches étant appliquées successivement dans cet ordre. La surface de ce milieu photosensible 17 reçoit d'abord une charge uniforme au moyen d'un dispositif 18 de décharge d'effluves, la polarité de la charge, étant positive lorsque la couche photoconductrice est en semi-conducteur du type N, et cette charge étant négative lorsque la couche photoconductrice est en semi-conducteur du type P. Ensuite, le milieu photosensible 17 est exposé à la lumière de l'image d'un original 20 placé sur un chariot transparent qui est déplacé dans le sens indiqué par la flèche, en synchronisme avec la rotation du tambour 16, et à une vitesse égale à la vitesse périphérique de ce tambour 16, multipliée par l'inverse du facteur d'agrandissement (dans le cas d'une formation d'image par tirage optique normal, la vitesse du chariot est égale à celle du tambour), et l'image de l'original est formée sur le milieu photosensible 17 au moyen d'un réseau 21 d'objectifs de projection. La zone de l'original 20 opposée au réseau 21, c'est-à- dire la zone de l'original dont l'image est formée sur le milieu photosensible 17, est éclairée par un dispositif d'éclairage 22 comprenant une lampe et un réflecteur. Si, par exemple, la quantité de lumière d'éclairage est réglée, il est possible de régler l'exposition du milieu photosensible 17. Le milieu photosensible 17 est déchargé par un dispositif 23 de décharge d'effluves de polarité opposée à celle du dispositif 18 de décharge d'effluves à courant alternatif, en même temps que ce milieu 17 est soumis à l'exposition de l'image par le réseau 21 d'objectifs, afin qu'une configuration de charge, correspondant à l'image de l'original 20, se forme sur le milieu photosensible 17. L'ensemble de la surface de. ce milieu photosensible 17 est ensuite soumis à une exposition uniforme par une lampe 24 afin 247 327 12. qu'une image latente électrostatique ayant un bon contraste se forme sur le milieu photosensible. L'image latente ainsi formée est ensuite développée par tirage en une image visible au moyen d'un dispositif 25 de développement pouvant être du type à cascade ou du type à brosse magnétique. Ensuite, cette image développée est reportée sur un papier 28 à report provenant d'un dispositif d'alimentation (non représenté) et amené en contact avec le milieu photosensible 17 par des rouleaux 26 et 27, le papier étant entraîné à la même vitesse que ce milieu photosensible 17. Pour améliorer l'efficacité du report de l'image, une charge de polarité opposée à celle du révélateur est appliquée à la face arrière du papier 28 à report, dans le poste de report d'image, au moyen d'un dispositif 29 de décharge d'effluves. L'image révélée et ainsi reportée sur le papier 28 est fixée dans un dispositif convenable de fixage, par exemple un dispositif de fixage par chauffage, comportant deux rouleaux 30 et 31 appliqués contre le papier à report, ce dernier étant ensuite amené dans un bac (non représenté). Après le report de l'image, la surface du milieu photosensible est nettoyée par le bord d'une lame élastique 32 appliquée contre ce milieu afin d'en éliminer par raclage tout révélateur résiduel, ce qui permet au milieu photosensible d'être prêt à un autre cycle de traitement d'image. Le -25 dispositif 23 de décharge est monté de manière à décharger la surface du milieu photosensible 17 en même temps que ce milieu est exposé à l'image. En variante, le dispositif 23 peut être placé entre le dispositif 18 de charge et le dispositif de formation d'image afin de décharger la surface du milieu photosensible 17 avant l'exposition à l'image. Dans ce cas, la lampe 24 est inutile. De plus, le milieu photosensible 17 peut ne pas comporter de couche superficielle isolante. Dans ce cas, le dispositif 23 de décharge et la lampe 24 sont inutiles. Il est évident que, lorsque l'on tient compte de la possibilité d'inversion de la lumière, comme décrit précédemment, l'invention peut également être réalisée sous la forme d'un système dans lequel le plan objet et le plan image 13. sont inversés par rapport à ceux montrés sur la figure 1, c'est-à-dire un système dans lequel l'intervalle entre la lentille proche du côté objet et la lentille intermédiaire est inférieur à l'intervalle entre la lentille intermédiaire et la lentille proche du plan image, le plan image intermédiaire se trouvant entre la lentille intermédiaire et la lentille proche du plan image. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée. Par conséquent, l'invention concerne un dispositif de projection peu volumineux, constituant un nouveau système optique composé et asymétrique dans lequel un objectif élémentaire comprend trois lentilles et duquel le masque classique est éliminé. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif de projection décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 14. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de projection, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs objectifs élémentaires comprenant chacun trois lentilles (1, 2, 3) disposées dans la direction de l'axe optique afin de projeter une zone partielle du plan objet (8) sur une zone partielle prédéterminée du plan image (9), par l'intermédiaire d'une image intermédiaire (11'), afin de former une image normale et redressée, les objectifs élémentaires étant disposés dans un plan perpendiculaire à l'axe optique, à des intervalles prédéterminés les uns des autres et dans une direction prédéterminée, la lentille intermédiaire (2), qui est située entre la lentille correspondant au diamètre utile des lentilles. 2. - Dispositif de projection selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les objectifs élémentaires sont disposés en deux rangées dans un plan perpendiculaire à l'axe optique, ces objectifs étant parallèles entre eux et les objectifs d'une rangée étant décalés de ceux de l'autre rangée d'une distance égale à la moitié du pas desdits objectifs. 3. - Dispositif de projection selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'absorption de la lumière sert également d'élément de support qui entoure et maintient la partie périphérique extérieure de chacune des lentilles des objectifs élémentaires, les surfaces des lentilles étant séparées les unes des autres dans la direction de la disposition. 15. 4. - Dispositif de projection selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que les lentilles des objectifs élémentaires sont réalisées d'une seule pièce sous la forme d'une feuille lenticulaire placée dans la direction de la disposition, dans le plan perpendiculaire à l'axe optique. 5. - Dispositif de projection selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que chacune des lentilles des objectifs élémentaires est constituée d'une agglomération de plusieurs zones lenticulaires divisées dans la direction de la disposition, dans le, plan perpendiculaire à l'axe optique, un petit intervalle étant ménagé entre les zones lenticulaires adjacentes. 6. - Dispositif de projection selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que e1' > 1,02e2', o e1' est l'intervalle entre les points principaux de la lentille située sur le côté objet et de la lentille intermédiaire, suivant le trajet de la lumière, et e2' est l'intervalle entre les points principaux de la lentille intermédiaire et de la lentille située sur le côté du plan image. 7. - Dispositif de projection selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que e1' située sur le côté du plan image.