CN1535391A - 投影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及投影镜头，其包括九个两侧与空气邻接的透镜。本发明的目的是一个透镜或者一个透镜组，其一方面保障在整个物场上光通亮分布的高效利用，另一方面具有成像质量，其在应用工艺良好的玻璃的情况下实现好于或等同于已知技术解决方案的成像质量。本发明建议了开始提到形式的投影镜头，其中必需全盘满足这些等式：u≥12.8°，100mm≤LEP≤400mm，σRBa≥1°σRBi≤－14°，其中，u为光线方面孔径角(2u总角)，LEP物平面的入射光瞳(光线方面)的间隔(与在参考点物平面的投影方向上的位置一致的正值)，σRBa在物体和镜头的第一透镜表面之间的物体空间中光束对于光轴的角偏移，该光束向外(离开光轴、远离光轴)形成场边缘束(在物体上的外部空间点)的边界。σRBi在物体和镜头的第一透镜表面之间的物体空间中光束对于光轴的角偏移，该光束向内(通向光轴、接近光轴)形成场边缘束(在物体上的空间点)的边界。以及如果相应的光束与光轴在一个位置相交，该位置从物体方向看来处在相反的投影方向上，则角σRba和σRbi是正的，如果光束在一个位置上与光轴相交，该位置从物体方向看来处在投影方向上，则是负的。按从图像(放大方面)到物体(缩小和光线方面)的顺序具有如下透镜布置：第一个负的、弯月形透镜(1)，在图像方面具有凸表面；第二个负的、弯月形透镜(2)，在图像方面上具有凸表面；第三个正的透镜(3)在物体方面具有凸表面；第四个正的、弯月形透镜(4)，在图像方面上具有凸表面；第五个负的透镜(5)，在物体方面具有凸表面；第六个双凸透镜(6)；第七个双凹透镜(7)；第八个正的透镜(8)，在物体方面上具有凸表面和第九个正的透镜(9)，在图像方面具有凸的表面。

Description

投影镜头
技术领域
本发明的主要应用领域是电影放映，特别是35mm胶片的电影放映。
已知技术解决方案的特征和提出的问题：
本发明涉及一个强光线的投影镜头。
在申请者最近发表的欧洲专利申请00 100 890.3中已经描述了这种形式的镜头，当然具有7个头镜。在那里列举的镜头的系统结构不适合于具有较短焦距的系统并因此不适合于较大像场。另外的问题是遵循确定的最小顶焦距和依赖于像角的最小结构长度，根据安装条件不允许不超过该长度。
更好满足需求的系统类型类似于具有相反望远镜结构的典型广角镜头。很久以来已知如此系统并且在许多专利说明中描述。共同的是，光阑位置匹配于校正需求，并且因此服从于该利益。所有这些系统没有履行按照权利要求1的几何光束的前提条件。
如下详细划分并归纳这些系统类型：
在说明书US 4537476、US 4468100、US 4176914、US 3874770、DE-OS 2551583、DE-AS 1472135的所有7透镜系统中检索了基本的系统结构，该结构是必需的，以便在较大光圈和较大区域的情况下在负焦距结构中实现好的成像质量。可是实现的成像质量对于在此要求的目标渐进值(对比度在60LP/mm＞40％时越过全部的像场，失真≤1％)是不足够的。这同样适用于说明书DE-AS 2443319、DE-OS 2321846的8透镜和9透镜系统；US 4566764、US 3736049包含粘合部分，这对于本应用目的是允许的。
在说明书DE-OS 2554963、DE-OS 2306346、DE-PS 2512797、DE-PS2514081、DE-PS 2436444、DE-OS 2359156、DE-PS 2344224、DE-OS2254586中描述了具有7至12个透镜数目的提到的基本类型的修正系统，在这些系统中主要也非球面地形成表面。
类似适用于在专利说明书US 5724195、US 5684643、US 5625497和US 5477389中的、具有主要非球面表面、7至9透镜数目和极小焦距的系统。在此阐述的权利要求主要普遍保持不变，因为在权利要求中首先仅仅在具有处于中间光阑的、前面和后面组件之间不同并且在后面提出了确定数目的条件方程。可是这些条件方程仅仅在其整体中起作用，因为单个条件部分是提到的和另外专利说明书(比如DE-PS2514081，与US 4025169一致)的权利要求基础。这些条件方程的一部分也满足或部分满足根据本发明的系统结构。尽管如此其中按照权利要求1的几何光束的条件方程尚未利用。
可以归纳如下：在提到的说明书中的所有系统既不满足按照权利要求1的几何光束的条件方程也不满足在考虑透镜数目的情况下在整个像场上在此必需的成像质量的质量要求。此外该系统主要部分设计用于非球面平面以及用于粘合部分。对于根据本发明的系统结构排除了二者。
本发明的目的：
本发明的目的是一个透镜或者一个透镜组，其一方面保障在按照权利要求1的整个物场上光通亮分布的高效利用，另一方面具有成像质量，其在应用工艺良好的玻璃的情况下该成像质量好于或等同于已知技术解决方案的成像质量。
本发明的本质阐述(解决方案和实现的优点)：
根据本发明以按照权利要求1至5的特征的镜头解决该任务。根据本发明的镜头与上述系统(参见已知技术解决方案的特征和提出的问题)相比特征是遵循所有匹配于聚光系统的有效参数并且特征是改善成像质量。
按照权利要求1根据本发明的镜头满足提出的条件方程，其保证高效匹配于聚光系统。本发明这部分本质在欧洲专利申请00 100 890.3中详细描述，如此在此不再详细探讨。
按照在欧洲专利申请00 100 890.3中描述的系统结构计算在保持物体尺寸情况下较短焦距的镜头并因此计算较大像角是较难的，因为在像场的较大部分中不再足以修正像散性和像场弯曲。像散差和像场弯曲在3/4像场的范围内具有不可靠的值。同样适用于颜色横向错误和失真。因此在整个像场上该系统表征的校正状态不再可以保持不变。此外这越来越少满足系统安装条件的要求。这特别适合于遵循最后顶焦距的确定的最大尺寸和遵循确定的最小结构长度，其随着升高的像角而变大。由于这个原因目前的镜头基本类型必须按照欧洲专利申请改进并且适合于新的情况。发展的结果是获得具有相反望远镜结构的典型的广角镜头。在上述说明书中(参见已知技术解决方案的特征和提出的问题)描述了许多如此系统类型。可是这些系统都不满足按照权利要求1的几何光束的条件。物平面的入射光瞳距离主要始终＜100mm，并且因此角σRBa尽可能为负。此外在上述具有直到9个透镜的说明书中(参见已知技术解决方案的特征和提出的问题)的系统成像质量不够好，此外部分对于在此要求的目标渐进值(对比度在60LP/mm＞40％时越过全部的像场，失真≤1％)是不足够的。这首先归因于像散性和像场弯曲的不充分校正。
在说明书DE-OS 2554963、DE-OS 2306346、DE-PS2512797、DE-PS 2514081、DE-PS 2436444、DE-OS 2359156、DE-PS 2344224、DE-OS2254586中以及在专利说明US 5724195、US 5684643、US 5625497和US 5477389中描述了提到的基本类型的修改系统。主要在镜头结构的中间部分不同，而前面部分主要以二个负像的弯月形透镜开始，后面部分主要以一个负像透镜和二个正像透镜的折射顺序(从图像到物体的顺序)结束。主要在所有系统可以找到前面和后面的子结构。在根据本发明的系统中与上述预先已知的系统相比特别通过另外形成中间系统结构(透镜3至透镜6)的形状并且通过特殊的光阑位置以及降低渐晕成功实现遵循按照权利要求1的几何光束条件和成像质量的必要提高。通过这种方式以根据本发明的系统在显著的程度内把具有仅仅二个附加透镜、欧洲专利申请00 100 890.3的镜头的与专利有关的特性扩展到较短的焦距并因此扩展到较大像角。如此可以在整个新的焦距范围内保持并且部分改善了同样1∶1.9光圈比的、上述预先已知系统的突出成像质量。对此依赖于像面弯曲(轻微弯曲或平的)可以实现突出的成像质量，在实例中详细指出并阐述。
对于为了调整到投影条件必需的焦距分级变化的系列的生产，等效透镜的同样玻璃牌号的广泛应用提供决定性的技术优点。此外仅仅应用技术上有利、也就是说加工合理并且低成本的玻璃。
根据本发明的投影镜头的优选应用是镜头单独应用，也就是说没有另外的元件。按本发明的意义光学元件通常单独与投影镜头组合。这些元件例如可以是镜头附件或附加镜头、特别是焦距变化附件和全景图像投影的变形附件。可以考虑机械集成附件。
实施例：
前言：
在所有下面的图中，剖面图、光程和成像质量的估算由于实用目的涉及与投影镜头工作位置相反的位置(从放大侧到缩小侧的成像)。输入顶焦距s＝无限远。因此原始物体不可避免地成为图像，相反亦然。在惯用语言中涉及反变换。其中光瞳成像(工作位置定位)例外。在下面的叙述中对此注意。
对于按照权利要求3、具有弯曲像面的强光线投影镜头在图中指出：
1.1a具有透镜编号和在不同物点成像的子午线平面内光线途径的系统半像。
1.1b具有在最远物点成像(物场对角线)的子午线平面内光线走向和特征角σRBa与σRBi的系统半像，对于LEP＝169.3mm的入射光瞳长度，特征角值为：σRBa＝5.0°、σRBi＝17.5°。
1.2依赖于半像角w(wmax＝17.4°)、具有权λ(d)＝1、λ(C)＝λ(F)＝0.5的三种主要颜色λ(d)＝587.6nm、λ(C)＝656.3nm和λ(F)＝486.1nm的渐晕曲线。渐晕的最小值为80％并且主要由角σRBa共同确定。
1.3对于本振频率60LP/mm、30LP/mm和15LP/mm，依赖于半像角w(wmax＝17.4°)、具有权λ(d)＝1、λ(C)＝λ(F)＝0.5的三种主要颜色λ(d)＝587.6nm、λ(C)＝656.3nm和λ(F)＝486.1nm的子午线(TAN)和弧矢(Sag)调制传递函数MTF。与上述解决方案(欧洲专利申请00 100 890.3)相比表明更好并且摆脱整个像场的平衡成像质量。这首先表明在本振频率60PL/mm和30PL/mm的情况下在轴上的对比度增加并且表明在60LP/mm的外部场范围内子午线和孤矢的曲线变化的一点区别。
1.4对于半像角w＝0、w＝0.25×wmax、w＝0.5×wmax、w＝0.75×wmax作为参数、其中w＝wmax＝17.4°、依赖于入射光瞳半径ρEP在子午线(T)和弧矢(S)截面内3个主要颜色的横向像差Δy`和Δx`。从这些曲线中可以看出依赖于这3个波长的光瞳和场坐标的校正特性。该特性证明在整个像场上非常好的成像质量，正如已经指出的调制传递函数的曲线变化并且深深了解了该系统的校正特性。此外表明非常好的轴向和侧向颜色校正。
1.5依赖于半像角(w＝wmax＝17.4)的3种主要颜色的像散性。表明与上述解决方案(欧洲权利申请00 100 890.3)的图像外观的有利变化。
1.6依赖于半像角(w＝wmax＝17.4)的3种主要颜色的失真。该失真在图线边缘实现1.0％的最大偏差。
在图2.1至2.6中以在图1.1至1.6中情况相同的方式方法描述了按照权利要求4、具有弯曲像面的强光投影镜头。在图中指出：
2.1a具有透镜编号和在不同物点成像的子午线平面内光线途径的系统半像。在透镜5和6之间布置光阑。
2.1b具有在最远物点成像(物场对角线)的子午线平面内光线途径和特征角σRBa与σRBi的系统半像，对于LEP＝178.3mm的入射光瞳长度，特征角值为：σRBa＝4.2°、σRBi＝17.7°。
2.2与图1.2一致。在w＝wmax＝19.5°的半像角的情况下渐晕的最小值为77％。
2.3与图1.3一致。在图1.3中所说的也特别适合于具有w＝wmax＝19.5°的较大半像角的镜头的成像质量。
2.4、2.5和2.6对于w＝wmax＝19.5°的半像角与图1.4、1.5和1.6一致，其中在那里所说的相对也适用于该成像。
在图3.1至3.6中以在图2.1至2.6中的情况相同的方式方法描述了按照权利要求5、具有平像面的强光投影镜头。在图中指出：
3.1a具有透镜编号和在不同物点成像的子午线平面内光线途径的系统半像。在透镜5和6之间布置光阑。
3.1b具有在最远物点成像(物场对角线)的子午线平面内光线途径和特征角σRBa与σRBi的系统半像，对于LEP＝176.6mm的入射光瞳长度，特征角值为：σRBa＝4.2°、σRBi＝17.7°。
3.2与图2.2一致。在w＝wmax＝19.5°的半像角的情况下渐晕的最小值为78％。
3.3与图2.3一致。相同焦距的二个系统，仅仅像面的弯曲(弯曲和平的)不同，指出了MTF的准一致的曲线变化并因此在成像质量上是等值的。
3.4、3.5和3.6在w＝wmax＝19.5°的半像角的情况下与图2.4、2.5和2.6一致，其中在那里所说的相对也适合于该成像。
以描述了该系统和所有像差的图3.1至3.6特别指出，在上述权利要求中表达的系统组态也适合于平的像面并且在考虑所有像差的情况下有同样成像性能。

Claims (5)

1.投影镜头，其包括九个两侧与空气邻接的透镜，其特征在于如下条件等式，必需全部满足这些等式：
u≥12.8°，
100mm≤LEP≤400mm，
σRBa≥1°
σRBi≤-14°，
其中，
u   光线方面孔径角(2u-总角)
LEP 物平面的入射光瞳(光线方面)的间隔(与在参考点物平面的投影方向上的位置一致的正值)，
σRBa在物体和镜头的第一透镜表面之间的物体空间中光束对于光轴的角偏移，该光束向外(离开光轴、远离光轴)形成场边缘束(在物体上的外部空间点)的边界。
σRBi在物体和镜头的第一透镜表面之间的物体空间中光束对于光轴的角偏移，该光束向内(通向光轴、接近光轴)形成场边缘束(在物体上的空间点)的边界。
以及如果相应的光束与光轴在一个位置相交，该位置从物体方向看来处在相反的投影方向上，则角σRba和σRbi是正的，如果光束在一个位置上与光轴相交，该位置从物体方向看来处在投影方向上，则是负的，
按从图像(放大方面)到物体(缩小和光线方面)的顺序具有如下透镜布置：
-第一个负的、弯月形透镜(1)，在图像方面具有凸表面
-第二个负的、弯月形透镜(2)，在图像方面上具有凸表面，
-第三个正的透镜(3)在物体方面具有凸表面，
-第四个正的、弯月形透镜(4)，在图像方面上具有凸表面，
-第五个负的透镜(5)，在物体方面具有凸表面，
-第六个双凸透镜(6)，
-第七个双凹透镜(7)，
-第八个正的透镜(8)，在物体方面上具有凸表面和
-第九个正的透镜(9)，在图像方面具有凸的表面。
2.按照权利要求1的透镜镜头，其特征在于透镜(1至9)的如下数据：
                                                表1   透镜号J   表面号I   半径ri/f`   厚度和间隔di/f`   折射率nd   Abbesche数目d 1   1   1.64＜ri/f`＜6.14   -   1.0000   -   2   0.64＜ri/f`＜2.26   0.10＜di/f`＜0.44   ＞1.48   ＞50   3   2.53＜ri/f`＜21.9   0.10＜di/f`＜0.53   1.0000   -   2   4   0.92＜ri/f`＜3.30   0.08＜di/f`＜0.40   ＞1.48   ＞50   5   1.04＜ri/f`≤∞-∞≤ri/f＜-7.05   0.20＜di/f`＜2.22   1.0000   -   3   6   -0.32＜ri/f`＜-1.36   0.16＜di/f`＜0.71   ＞1.58   ＞35   7   0.52＜ri/f`＜2.15   0.002＜di/f`＜2.00   1.0000   -   4   8   1.44＜ri/f`＜28.5   0.14＜di/f`＜0.62   ＞1.60   ＞37   9   10.0＜ri/f`≤∞-∞≤ri/f＜-1.72   0.012＜di/f`＜0.53   1.0000   -   5   10   0.31＜ri/f`＜1.20   0.036＜di/f`＜0.36   ＞1.50   ＜55   11   0.99＜ri/f`＜5.40   0.04＜di/f`＜1.33   1.0000   -   6   12   -2.15＜ri/f`＜-0.50   0.14＜di/f`＜0.67   ＞1.60   ＞37   13   -1.75＜ri/f`＜-0.53   0.001＜di/f`＜0.71   1.0000   -   7   14   0.76＜ri/f`＜3.17   0.03＜di/f`＜0.40   ＞1.60   ＜40   15   1.12＜ri/f`≤∞-∞≤ri/f＜-32   0.004＜di/f`＜0.44   1.0000   -   8   16   -1.88＜ri/f`＜-0.76   0.12＜di/f`＜0.67   ＞1.58   ＞45   17   0.79＜ri/f`＜3.99   0.002＜di/f`＜0.53   1.0000   -   9   18   1.32＜ri/f`≤∞-∞≤ri/f＜-1.79   0.12＜di/f`＜0.67   ＞1.58   ＞45
f` 以mm为单位的系统焦距，
j  透镜号码，
i  折射面号码，
ri 以mm为单位的第i个折射面的半径，
di 以mm为单位在平面i和i-1之间的顶点间隔，
nd 玻璃对于d线的折射率，
vd 玻璃对于d线的Abbesche数目。
3.按照权利要求1或2的投影镜头，其特征在于透镜(1至9)的如下数据：
                                   表2  透镜号J  表面号i  半径ri  厚度和间隔Di  折射率nd  Abbesche数目vd  1  1  122.693  -  1.0000  -  2  36.880  5.982  1.51633  64.12  3  199.620  7.186  1.0000  -  2  4  79.490  5.990  1.51633  64.12  5  63.191  14.491  1.0000  -  3  6 -86.796  12.851  1.65159  58.53  7  30.487  2.267  1.0000  -  4  8  72.451  9.031  1.72915  54.66  9  773.151  4.593  1.0000  -  5  10  17.137  2.995  1.61293  36.98  11  光阑  5.478  1.0000  -  12  179.965  15.990  1.0000  -  6  13 -25.281  9.649  1.65159  58.53  14 -27.786  0.160  1.0000  -  7  15  52.714  2.975  1.62588  35.68  16  70.421  1.519  1.0000  -  8  17 -40.057  10.584  1.60311  60.62  18  57.554  0.174  1.0000  -  9  19  205.974  10.853  1.60311  60.62
f`＝45mm
s`＝32.7mm(对于s＝∞是最后的顶焦距)
相对光圈：1∶1.9
像角：2w＝34.8°
弯曲物场
4.按照权利要求1或2的投影镜头，其特征在于透镜(1至9)的如下数据：
                                   表3  透镜号J  表面号i  半径ri  厚度和间隔di  折射率nd  Abbesche数目vd  1  1  137.680  -  1.0000  -  2  41.020  7.000  1.51633  64.12  3  260.054  7.069  1.0000  -  2  4  54.856  6.500  1.51633  64.12  5  78.528  19.854  1.0000  -  3  6  -80.224  13.000  1.65159  58.53  7  31.339  11.971  1.0000  -  4  8  90.962  9.500  1.72915  54.66  9  -1587.324  1.293  1.0000  -  5  10  18.526  4.000  1.56732  42.81  11  光阑  5.336  1.0000  -  12  136.010  17.679  1.0000  -  6  13  -29.021  10.000  1.72915  54.66  14  -32.146  0.093  1.0000  -  7  15  51.817  4.000  1.66680  33.04  16  71.486  0.814  1.0000  -  8  17  -45.788  11.000  1.60311  60.62  18  64.776  1.837  1.0000  -  9  19  358.885  9.000  1.60311  60.62
f`＝40mm
s`＝35.0mm(对于s＝∞是最后的顶焦距)
相对光圈：1∶1.9
像角：2w＝39°
弯曲物场
5.按照权利要求1或2的投影镜头，其特征在于透镜(1至9)的如下数据：
                                           表4     透镜号J     表面号i     半径ri     厚度和间隔di     折射率Nd     Abbesche数目vd     1     1     135.549     -     1.0000     -     2     40.596     7.000     1.51633     64.12     3     222.537     6.956     1.0000     -     2     4     53.985     6.500     1.51633     64.12     5     78.774     20.642     1.0000     -     3     6     -79.537     13.000     1.65159     58.53     7     30.776     11.353     1.0000     -     4     8     87.075     9.500     1.72915     54.66     9     ∞     1.296     1.0000     -     5     10     18.416     4.000     1.56732     42.81     11     光阑     5.334     1.0000     -     12     147.728     17.769     1.0000     -     6     13     -28.893     10.000     1.72915     54.66     14     -32.267     0.114     1.0000     -     7     15     53.439     4.000     1.68893     31.06     16     81.611     1.898     1.0000     -     8     17     -51.483     11.000     1.72915     54.66     18     67.997     0.580     1.0000     -     9     19     156.001     9.000     1.72915     54.66
f`＝40mm
s`＝34.9mm(对于s＝∞是最后的顶焦距)
相对光圈：1∶1.9
像角：2w＝39°
平的物场
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