DE2519991A1 - Projektionssystem - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

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8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 0245

Anwaltsakte 26 008 r- %,*,

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Lindaco Ltd.
Genf / Schweiz

Projektionssystem

Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem mit einem Positivobjektiv oder einer Gruppe von Linsen, Vorzugs weise mit einem sogenannten Triplett.

Wenn diffus strahlende bzw. leuchtende Bilder mit geringer Lichtstärke und großen Abmessungen projiziert werden, wenn beispielsweise das BiM auf die Oberfläche der Bildröhre eines Fernsehempfängers, oder ein sogenanntes hochliegendes Bild oder ein durchsichtiges beziehungsweise Leuchtbild projiziert werden, wird ein Linsensystem mit einer langen Brennweite, im allgemeinen von mehr als

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Vll/XX/ha

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400mm, verwendet. Um eine ausreichende Lichtstärke in dem projizierten Bild zu erhalten, muß das Objektiv bzw. das Linsensystem eine große relative Öffnung bzw. ein großes Öffnungsverhältnis aufweisen, welches vorzugsweise größer als 1:3t5 ist. Üblicherweise wird zu diesem Zweck eine Linsengruppe verwendet, welche im allgemeinen zwei konvexe und eine konkave Linse aufweist und als Triplett bezeich net wird. Ein Projektionssystem mit einem derartigen Triplett und mit einer Brennweite von 600mm und einer relati ven Öffnung bzw. einem Öffnungsverhältnis von 1:3 (im folgenden wird von Öffnungsverhältnis gesprochen) weist einen Durchmesser von 200mm auf, wobei die Dicke in der Mitte jeder konvexen Linse in dem Triplett etwa 50mm be trägt. Eine derart dicke Linse setzt die Verwendung des sogenannten Schwerkronglases mit einem Brechungsindex von etwa 1,6 für das Linsenmaterial voraus, da die Bildgüte außerhalb der Mitte sonst nicht zufriedenstellend sein würde.

Wenn statt dieser Glasart oder -sorte ein Glas für die Linsen mit einem Brechungsindex von weniger als 1,53« bei spielsweise Kronglas mit einem Brechungsindex von 1,525 verwendet würde, welches erheblich preiswerter ist, dann wür den die Linsen für diese Lichtstärke in der Mitte noch dicker sein, und ferner würdender sogenannte Zonen- bzw. Öffnungsfehler (die sphärische Abweichung) oder andere Bildverzerrungen bzw. -Verzeichnungen außerhalb der optischen

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- 3 Achse äußerst störend sein.

Gemäß der Erfindung ist daher ein Projektionssystem bzw. ein Projektionsobjektiv geschaffen, welches wesentlich preiswerter herzustellen ist und mit welchem eine bessere Bildqualität als mit einem herkömmlichen Objektiv entsprechender Ausführung erhalten wird. Ferner soll gemäß der Erfindung ein
Objektiv geschaffen werden, bei welchem das projizierte Bild eine erheblich bessere Lichtstärke an den Rändern aufweist
als bei einem herkömmlichen Objektiv.

Gemäß der Erfindung ist das Projektionssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine
zweite positive Linse oder eine Gruppe von Linsen zwischen
dem ersten Objektiv o.der der ersten Linsengruppe und einem zu projizierenden, diffus strahlenden Bild angeordnet ist, und
daß das erste Objektiv oder die erste Linsengruppe eine
Brennweite aufweist, welche zumindest das 1,2-fache der Gesamtbrennweite des Projektionssystems ist.

Ein auf diese Weise aufgebautes Projektionssystem bzw. -objektiv ergibt eine bessere Bildqualität als ein Tessar-Objektiv mit derselben relativen Öffnung bzw. demselben Öffnungs verhältnis und derselben Brennweite, und zwar sowohl an bzw. bei als auch außerhalb der optischen Achse.

Für die in der Einleitung angeführten Zwecke hat sich ein

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Projektionssystem bzw. ein Objektiv mit einer Brennweite von 600mm als zweckmäßig und angemessen erwiesen. Wenn die zweite Linse dann eine Feldlinse aufweist, welche das Bild zweimal virtuell vergrößert, dann sollte die erste Linsengruppe (das Projektionssystem), vorzugsweise ein Triplett, eine Brennweite von 900mm haben, und das Triplett sollte einen freien Durchmesser von 200mm aufweisen, damit sich an dem Objektiv eine relative Öffnung von etwa 1:3 ergibt. Das gemäß der Erfindung zusammengesetzte Objektiv mit einem Triplett und einer Feldlinse hat eine Brennweite von etwa 600mm und kann infolgedessen mit einem herkömmlichen Objektiv vergli chen werden, das lediglich ein Triplett mit einer Brennweite von 600mm aufweist; dieser Vergleich zeigt dann, daß die Linsen in dem Triplett, welche für das erfindungsgemäße Objektiv verwendet werden, dioptrisch viel schwächer und dementspre chend viel dünner sind. Dies ist jedoch nicht nur vom tech nischen Standpunkt her gesehen bei der Herstellung vorteil haft, sondern bedeutet auch, daß das erforderliche Material und infolgedessen auch die Materialkosten für das Triplett in dem erfindungsgemäßen Objektiv erheblich niedriger sind. Ferner kann gemäß der Erfindung das normale Kronglas für das Triplett verwendet werden, da die Bildverzerrung bzw. -ver zeichnung sowohl an bzw. bei der Achse als auch außerhalb davon erheblich geringer ist, da die Linsen dioptrisch schwä eher sind.

Die Feldlinse, welche einfach aufgebaut sein kann, und in be-

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stimmten Fällen unter der Bezeichnung Kollektivlinse bekannt ist, weist folglich eine Größe auf, welche der Größe des diffus strahlenden Bildes angenähert ist. Die "Feldlinse" kann natürlich auch in zwei Linsenglieder aufgeteilt werden. Die Feldlinse hat einen günstigen Einfluß auf die Lichtstärke in

den äußeren Teilen des projizierten Bildes, da ein beträchtlicher Teil des diffusen Lichtes von dem Bildgegenstand durch die Feldlinse gesammelt bzw. eingefangen wird und in Richtung auf das Triplett abgelenkt wird. In einem herkömmlichen Objektiv würde ein Großteil des von dem Bild ausgehenden bzw. abgestrahlten Lichts infolge der diffusen Lichtstreuung verlorengehen. Ferner kann die Feldlinse aus preiswertem Kronglas hergestellt werden, und kann vorteilhafterweise sogar aus einem Kunstharz bzw. -stoff, wie beispielsweise Akrylharz bzw. -kunststoff (Polymetylmetakrylat) bestehen. Um den Materialbedarf zu vermindern, kann die Feldlinse in Form einer dünnen sogenannten Fresnelschen (Stufen-)Linse ausgebildet sein.

Unter dem Gesichtspunkt der Bildgüte oder -qualität sowie im Hinblick auf die Herstellungskosten des Objektivs hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Brennweite des er sten Objektivs oder der Linsengruppe (des Tripletts) bei höchstens etwa dem 2,5-fachen der Gesamtbrennweite des Projektionssystems bzw. -Objektivs liegt, vorzugsweise kleiner als etwa die zweifache Gesamtbrennweite ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh-

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rungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Projektionsobjektiv bzw. -system gemäß der Erfindung;

Fig.2 ein weiteres Projektionsobjektiv bzw. -system gemäß der Erfindung;

Fig.3 ein herkömmliches Projektionsobjektiv;

Fig.k die sphärische Abweichung eines herkömmlichen Objek tivs im Vergleich zu dem Objektiv gemäß der Erfindung; und

Fig.5 schematisch ein Episkop mit dem Objektiv gemäß der Erfindung.

In den Fig.l bis 3 sind in demselben Maßstab Projektionssysteme mit einer relativen Öffnung bzw. einem Offnungsverhältnis von 1:3 und einer Brennweite von 600mm dargestellt, um ein diffus strahlendes Bild 1 mit einem Durchmesser von 300mm, welches fünfmal vergrößert ist, mit Hilfe eines Tripletts 3¹ bzw. 3 zu projizieren. In dem herkömmlichen, in Fig.3 dargestellten System müssen die Linsen k* bis 6· des Tripletts 3¹ aus Schwerkronglas und Sbh werf Ii ntgüas hergestellt werden und müssen eine beträchtliche Dicke aufweisen.

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In Fig.l ist ein Projektionssystem gemäß der Erfindung dargestellt, bei welchem eine Feldlinse 2 etwa in der Mitte zwi sehen dem diffus strahlenden Bild 1 und dem Triplett 3 enge ordnet ist, welches zwei Konvex- bzw. Sammellinsen 4 und 6 und eine zwischen diesen angeordnete Konkav- bzw. Zerstreu ungslinse 5 aufweist. Durch die Feldlinse 2 wird das Bild 1 virtuell zweimal vergrößert und eine einfache geometrische Überlegung zeigt, daß das Triplett 3 eine Brennweite von 900mm haben sollte, wenn das Objektiv aus der Feldlinse 2 und dem Triplett 3 eine Brennweite von 600mm haben muß. Infolge dessen können in dem Projektionsobjektiv gemäß der Erfindung die Linsen 4 bis 6 des Tripletts 3 aufgrund dessen größerer Brennweite erheblich flacher und dünner sein. Infolgedessen können die Linsen 4 bis 6 auch aus normalem Kronglas mit einem Brechungsindex von 1,525 hergestellt sein (in Fig.l weist die Linse 5¹ einen Brechungsindex von 1,626 auf, während die Linsen 4' und 6¹ jeweils einen Brechungsindex von ^6l3 haben), wobei die Krümmung der Linsen 4 bis 6 kleiner ist, was auf der größeren Brennweite des Tripletts 3 beruht. Da die Linsen 4 bis 6 in dem Triplett 3 flacher sind als die Linsen 4¹ bis 6¹ in dem Triplett 3'» kann eine größere Anzahl Linsen 4 bis 6 mit ein und demselben Werkzeug hergestellt werden.

Ein Vergleich der Materialkosten für das Triplett 3¹ und das in Fig.l dargestellte Projektionsobjektiv gemäß der Erfin dung ergibt bei den üblichen Preisen annähernd ein Preisver hältnis von 3:1» wobei die Kosten für die Feldlinse einge -

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- 8 schlossen sind.

Das Projektonssystem gemäß Fig.2 ist dasselbe wie das in Fig.1 dargestellte, außer daß die Feldlinse in Form einer sogenannten Fresnelschen (Stufen-)Linse 2a ausgebildet ist. Bei Ver wendung einer Fresnelschen Linse als Feldlinse können die Kosten weiter gesenkt werden, wenn sie in großem Umfang herge stellt wird. In Fig.4 ist die sphärische Abweichung für das
herkömmliche, in Fig.3 dargestellte Objektiv (Kurve A) und
für das Objektiv gemäß der Erfindung (Kurve B) dargestellt,
welche beide eine relative Öffnung bzw. ein Offnungsverhält nis von 1:3 aufweisen; hierbei ist auf der Ordinate Y der Zonenabstand von der optischen Achse und auf der Abszisse X die sphärische Längsabweichung in Prozent der Brennweite aufgetragen. Wie aus Fig.k zu ersehen ist, weist das Objektiv ge maß der Erfindung eine erheblich geringere sphärische Abwei chung als ein vergleichbares, herkömmliches Objektiv auf.

Das Projektionssystem 3 und die Feldlinse 2 sind vorstehend
als ein Triplett bzw. als eine einfache Line angegeben. Selbstverständlich können sie jedoch, wenn bezüglich*des projizierten Bildes höhere oder geringere Anforderungen gestellt wer den oder gestellt werden müssen, durch andere positive Linsensysteme ersetzt werden, welche beispielsweise eine einzelne
Konvex- bzw. Sammellinse oder eine Meniskuslinse oder irgendeine andere Form eines vorzugsweise farbkorrigierten Doppel lineensystems beispielsweise aus einer Konkav- und einer Kon- *der Verzerrung oder der Verzeichnung - 9 -

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vexlinse oder irgendeine Ausführungsform eines von einem Triplett abgeleiteten Objektivs aufweisen.

Ferner hat das Objektiv gemäß der Erfindung, wie vorstehend ausgeführt ist, erhebliche technische Vorteile gegenüber bekannten Ausführungen, indem es eine bessere Lichtstärke an den Rändern des projizierten Bildes schafft, die Verwendung von gewöhnlichem Linsenmaterial, d.h. beispielsweise von Kronglas mit einem Brechungsindex von weniger als 1,53 er möglicht, was wiederum zu erheblichen Einsparungen bei den Materialkosten führt, und darüber hinaus eine bessere Bildqualität als beispielsweise ein entsprechendes Tessar-Objektiv ergibt. Ferner weisen die Linsen in dem Projektionssystem bzw. -objektiv gemäß der Erfindung eine Krümmung auf, welche erheblich kleiner als die der Linsen in einem herkömmlichen Linsensystem ist, und infolgedessen kann das zur Herstellung der Linsen benutzte Werkzeug für eine weitaus größere Anzahl von Linsen in dem System gemäß der Erfindung als für Linsen in einem vergleichbaren, herkömmlichen Projektionssystem verwendet werden.

Durch Aufteilen des Tripletts kann eine bessere Wirkung erhalten werden, wobei sich zusammen mit der beschriebenen Feldlinse eine noch größere relative Öffnung bzw. ein größeres Öffnungsverhältnis von beispielsweise 1:2,5 ergibt. Eine oder mehrere der Linsen des Tripletts können aufgegliedert werden und in diesem Fall können sie ebenfalls aus den preis-

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werten, vorstehend angeführten Glasarten bzw. -sorten hergestellt werden. Natürlich kann die günstige relative Öffnung bzw. das günstige Öffnungsverhältnis auch dadurch erreicht werden, daß ein Glas mit hohem Brechungsindex für eines der Objektivglieder ausgewählt wird.

Ferner ist noch darauf hinzuweisen, daß das gesamte System natürlich als Einheit betrachtet wird, d.h. die Feldlinse kann nicht in ein bereits vorhandenes Projektionsobjektiv eingesetzt werden' und dann ein Ergebnis erwartet werden, welches dem in den Zeichnungen dargestellten entspricht.

Das Objektiv gemäß der Erfindung ist hauptsächlich für eine Verwendung in sogenannten Überkopf-Projektionsexnrich tungen und/oder Episkopausführungen vorgesehen, in welchen der Strahlenweg mittels eines Spiegels 7 abgelenkt wird, wie schematisch in Fig.5 dargestellt ist. Das in derartigen Projektionssystemen gezeigte Bildmaterial hat oft eine Größe, welche annähernd einem DIN A^-Format entspricht. Die Feldlinse sollte in diesem Fall einen Durchmesser von mindestens etwa 300mm aufweisen.

Venn das Objektiv auf diese Weise verwendet wird, muß, wie sich herausgestellt hat, das Objektiv eine Brennweite von mehr als 300mm, vorzugsweise von mehr als 400mm, aufweisen, um der Bedienungsperson freie Sicht auf das Bildmaterial zu geben und um ihr während der Projektion eine entsprechende

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- 11 Handhabung des Materials zu ermöglichen.

Im allgemeinen weist das Objektiv jedoch eine Brennweite von weniger als 1 000mm auf. Wenn das Objektiv in Projektionseinrichtungen verwendet wird, kann es ohneweiters so eingestellt werden, daß der Bildbrennpunkt durch Verschieben der Feldlinse in verschiedenen Ebenen eingestellt wird.

Im allgemeinen ist das Objektiv so eingestellt, daß ein auf einem feststehenden Tisch angeordnetes Bild scharf und ein wandfrei projiziert wird. Wenn jedoch die Oberfläche eines Gegenstandes mit einer bestimmten Stärke, von beispielsweise 15mm, welcher sich auf dem Tisch befindet, deutlich und scharf darzustellen ist, kann die Feldlinse ein der Gegen standsstärke entsprechendes Stück angehoben werden,und das Triplett braucht dann infolge seiner langen Brennweite und des Projektionsabstandes von beispielsweise k bis 6m nicht oder zumindest nicht viel verstellt zu werden. Aufgrund dieser Einstellung der Brennpunktebene kann die Bedienungsperson im voraus ein Bild auf dem Tisch einstellen bzw. anordnen, und der Brennpunkt braucht nur, wenn es erforderlich ist, eingestellt zu werden, so daß dadurch ein deutliches bzw. erkennbares Bild projiziert wird.

Patentansprüche

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   /ly Projektionssystem mit einer positiven Linse oder einer positiven Linsengruppe, vorzugsweise mit einem sogenannten Triplett, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite positive Linse oder Linsengruppe (2) zwischen dem ersten Objektiv oder der ersten Linsengruppe (3) und einem zu projizierenden, diffus strahlenden Bild (l) angeordnet ist, und daß die erste Linse oder die erste Linsengruppe (3) eine Brennweite aufweist, welche zumindest das 1,2-fache der Gesamtbrennweite des Pro jektionssystiems ist.
2. 2. Projektionssystem nach Anspruch 1, insbesondere für episkopähnliche Projektionseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse (2) eine Feldlinse ist, welche so angeordnet ist, daß das Bild (l) zumindest um das 1,2-fache vergrößert wird, und daß die Gesamtbrennweite des Projektionssystems mindestens 300mm beträgt.
3. 3« Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichne t,daß die zweite Linse oder Linsengruppe (2) entlang der optischen Achse des Objektivs verschiebbar ist, so daß die genaue Brennpunktebene ohneweiters um einen entsprechenden Wert verschoben werden kann, um beispielsweise die Oberfläche eines Gegenstandes mit einer be-

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   stimmten Stärke zu projizieren, welcher auf einer festliegenden Ebene angeordnet ist.
4. 4. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3» da durch gekennzeichnet, daß die zweite Linse (2) die Form einer Fresnelschen Linse aufweist.
5. 5« Projektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis k, da durch gekennzeichnet, daß die zweite Linse oder Linsengruppe (2) einen Durchmesser aufweist, welcher im we sentlichen den Abmessungen des Bildes (l) entspricht.
6. 6. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das erste Objektiv oder die Linsengruppe (3) aus Glas mit einem Brechungsindex von weniger als etwa 1,53, beispielsweise aus Kronglas, be steht, welches einen Brechungsindex von 1,525 hat.
7. 7* Projektionssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse aus durchsichtigem Kunstharz bzw. -stoff, beispielsweise aus Polymethylmetakrylat besteht.
8. 8. Projektionssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine relative Öffnung bzw. ein Off nungsverhältnis aufweist, welche bzw. welches größer als 1:3,5 ist.

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