DE10058173A1

DE10058173A1 - Projektionsobjektiv

Info

Publication number: DE10058173A1
Application number: DE10058173A
Authority: DE
Inventors: Udo Schaus
Original assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Current assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-05-23
Also published as: US6473242B2; US20020097506A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv besteht aus zwei Linsengruppen, zwischen welchen eine Blende vorgesehen ist. Die erste Linsengruppe ist, ausgehend von der der Projektionsfläche zugekehrten Seite, aus einer positiven Meniskuslinse L¶1¶ und einer negativen Meniskuslinse L¶2¶ gebildet, die zweite Linsengruppe aus einem positiven, ein- oder zweigliedrigen Linsenelement L¶3¶; L¶31¶, L¶32¶, einer negativen Bikonkavlinse L¶4¶, sowie zwei positiven Bikonvexlinsen L¶5¶ und L¶6¶ gebildet. DOLLAR A Das Projektionsobjektiv weist bei geringer Linsenzahl und kleinen Abmessungen eine hohe Bildqualität auf. Es ist ferner nahezu telezentrisch und verfügt über eine lange Schnittweite.

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für 3-Chip-DMD-Projektion.

Solche Objektive werden vor allem für die Projektion digital aufgezeichneter Bilder im Kino, in der Werbung oder bei Präsentationen eingesetzt. Die in den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau erzeugten Bilder werden auf drei Matritzen von Mikrospiegeln (DMD) geleitet. Diese Mikrospiegel werden elektronisch angesteuert und erzeugen ein Bild aus den drei Farbkanälen für die ein zelnen Grundfarben. Durch einen Strahlvereiniger wer den diese einzeln erzeugten Bilder zusammengeführt und über ein Projektionsobjektiv vergrößernd auf eine Pro jektionswand bzw. einen Bildschirm wiedergegeben.

Der Einsatz von Projektionsgeräten, vor allem in öf fentlichen Einrichtungen sowie für Werbung und im Kino nimmt ständig zu und erfordert zur Verbesserung der Bildqualität für diese Einsatzzwecke ein zunehmend grö ßeres Auflösungsvermögen der hierbei verwendeten Pro jektionsobjektive.

Um bei diesem Projektionsverfahren ein ausreichend hel les und klares Bild zu erhalten, ist es deshalb er forderlich, daß die für diese Zwecke eingesetzten Pro jektionsobjektive eine hohe optische Leistungs fähigkeit besitzen. Darüber hinaus müssen solche Pro jektionsobjektive, da der Strahlvereiniger dem Objek tiv nur Licht unterhalb eines bestimmten Grenzwinkels zuführen kann, einen weitgehend telezentrischen Strah lengang aufweisen.

Bekannte Projektionsobjektive für die 3-Chip-DMD-Pro jektion sind in der Regel aufgrund ihrer großen Linsen zahl für viele Anwendungsgebiete zu groß und zu schwer oder weisen keinen ausreichend telezentrischen Strah lengang auf.

So ist beispielsweise in der US 5,914,818 ein Projek tionsobjektiv für einen DMD-Projektor beschrieben, das aus mehreren Linsen besteht. Dieses Objektiv weist zwar eine hinreichend gute optische Leistungsfähigkeit auf, ist aber aufgrund seiner großen Baulänge und des sehr großen Durchmessers teuer in der Herstellung und hat ein hohes Gewicht.

Das in der US 5,625,495 beschriebene telezentrische Projektionsobjektiv weist eine nur geringe Schnittwei te auf, so daß es für den angestrebten Verwendungs zweck nicht einsetzbar ist.

Weitere in den US-Patentschriften 5,969,876; 5.218,480 und 5,969,874 beanspruchte Projektionsobjektive erfül len die für 3-Chip-DMD-Projektion erforderlichen Tele zentriebedingungen bei weitem nicht.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Projektions objektiv insbesondere für die 3-Chip-DMD-Projektion zu schaffen, das in der Lage ist, bei geringer Linsenzahl und kleinen Abmessungen eine hohe Bildqualität zu ge währleisten. Außerdem soll dieses Projektionsobjektiv ferner weitgehend telezentrisch sein und außerdem eine lange Schnittweite aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Projektionsobjek tiv, das aus nur wenigen Linsenelementen aufgebaut ist, und deren Elemente einen geringen Durchmesser auf weisen. In seinem Grundaufbau besteht das erfindungsge mäße Objektiv, ausgehend von der der Projektionswand zugekehrten Seite, aus einem positiven Linsenelement und einem zweiten negativen Linsenelement, dem eine Blende nachgeordnet ist. Nach der Blende ist eine wei tere positive Baugruppe vorgesehen. Diese kann aus ei ner positiven Meniskuslinse, aber auch zweigliedrig aus einer aus einem negativen Linsenelement und einem positiven Linsenelement gebildeten positiven Baugrup pe, die auch eine Doublette sein kann, bestehen. Die weiteren Linsen sind ein negatives Element sowie zwei weitere positive Linsen auf der Objektseite.

Ein solches Projektionsobjektiv verfügt über eine lan ge Schnittweite, dessen Aberration vorteilhaft korri giert ist. Damit wurde durch die erfindungsgemäße Kom bination der Linsen ein Projektionsobjektiv für die DMD-Projektion geschaffen, bei dem der maximale Winkel des Hauptstrahls zur optischen Achse in Richtung der Objektebene 2 Grad oder weniger beträgt, so daß dieses Objektiv nahezu telezentrisch ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Aus führungsbeispielen erläutert:

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den grundlegenden Aufbau des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs, dessen dritte Baugruppe zweigliedrig ist, und

Fig. 1a dasselbe mit eingliedrigem drittem Bauglied,

Fig. 2 die sphärische Aberration, den Astigmatismus und die Verzeichnung des Projektionsobjektivs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 die Koma des Projektionsobjektivs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 die sphärische Aberration, den Astigmatismus und die Verzeichnung des Projektionsobjektivs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 die Koma des Projektionsobjektivs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 die sphärische Aberration, den Astigmatismus und die Verzeichnung des Projektionsobjektivs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 die Koma des Projektionsobjektivs gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 die sphärische Aberration, den Astigmatismus und die Verzeichnung des Projektionsobjektivs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 9 die Koma des Projektionsobjektivs gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.

Nach den ersten drei Ausführungsbeispielen besteht das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv, wie aus der Fig. 1 ersichtlich, in seinem Grundaufbau, ausgehend von der der Projektionswand zugekehrten Seite, aus einem positiven Linsenelement L₁. Dieses Linsenelement ist eine positive Meniskuslinse, deren konvexe Seite der Projektionswand zugekehrt ist. Das nachgeordnete zwei te Linsenelement L₂ist eine negative Meniskuslinse, deren konvexe Seite ebenfalls der Projektionswand zuge kehrt ist. Einer danach angeordneten Blende folgt eine positive Baugruppe L₃, die sich aus einer negativen Meniskuslinse L₃₁, deren konkave Fläche der Projek tionswand zugekehrt ist, und einer positiven Meniskus linse L₃₂, deren konkave Fläche ebenfalls der Projek tionswand zugekehrt ist, zusammensetzt. Die negative Meniskuslinse L₃₁ und die positive Meniskuslinse L₃₂ können auch miteinander verkittet eine Doublette bil den. Das dritte Linsenelement kann aber auch einglie drig aus einem positiven Meniskus L₃ bestehen, dessen konkave Fläche ebenfalls der Projektionswand zugekehrt ist. Ein weiteres negatives Linsenelement L₄ ist eine Bikonkavlinse, die mit ihrer schwächer gekrümmten Flä che zur Projektionswand weist. In der weiteren Folge ist ein positives Linsenelement L₅ vorgesehen, das aus einer Bikonvexlinse besteht, deren schwächere Krümmung der Projektionswand zugekehrt ist. Das abschließende Linsenelement L₆ besteht aus einer weiteren positiven Bikonvexlinse, deren stärkere Krümmung der Projektions fläche zugekehrt ist.

Ein derart aufgebautes Projektionsobjektiv erfüllt die folgenden Bedingungen:

50 < ν_ave < 70

und

n_ave < 1,73,

wobei ν_ave (ave = average) den durchschnittlichen Wert der Abbe-Zahl der positiven Linsenelemente und n_ave den durchschnittlichen Wert des Brechungsindex der positiven Linsenelemente des Projektionsobjektivs darstellen.

Vorteilhafterweise werden ferner die weiteren Bedingun gen durch das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv er füllt:

d₄/f < 0,2

und

0,18 < r₄/f < 0,45,

wobei bedeuten d₄ der Luftraum zwischen dem zweiten Linsenelement L₂ und der aus einem negativen und einem positiven Meniskus gebildeten dritten Baugruppe bzw. des dritten Linsenelements L₃, r₄ den Konkavradius des zweiten Linsenelementes L₂ und f die Brennweite des Projektionsobjektivs.

In den nachfolgenden Tabellen werden die technischen Daten für die erfindungsgemäßen Projektionsobjektive gemäß den ersten drei Ausführungsbeispielen aufgeführt:

Tabelle 1

Die Glaswege d₁₆ und d₁₇ geben jeweils den Strahlverei niger an.

Tabelle 2

Tabelle 3

Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel besteht das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv, ausgehend von der der Projektionsfläche zugewandten Seite, aus einem ersten positiven Linsenelement L₁, das eine Meniskus linse ist, deren konvexe Fläche der Projektionswand zugekehrt ist. Das zweite Linsenelement L₂ ist eine negative Meniskuslinse und weist mit seiner konvexen Fläche zur Projektionsfläche. Ein positives Linsenele ment L₃, das aus einer Meniskuslinse besteht, ist mit seiner konkaven Fläche der Projektionsfläche zuge kehrt. Das danach angeordnete vierte Linsenelement L₄ ist eine Bikonkavlinse, dessen schwächere Krümmungsflä che der Projektionswand zugekehrt ist. Ein weiteres fünftes Linsenelement L₅, das aus einer Bikonvexlinse besteht, ist so ausgerichtet, daß seine schwächere Krümmung zur Projektionswand zeigt. Das letzte Linsen element L₆, das ebenfalls eine Bikonvexlinse ist, ist mit seiner stärkeren Krümmung zur Projektionsfläche ausgerichtet. Eine Blende ist zwischen dem zweiten Lin senelement L₂ und dem dritten Linsenelement L₃ angeord net.

Auch durch dieses Projektionsobjektiv werden die fol genden Bedingungen

50 < ν_ave < 70

und

n_ave < 1,73

sowie die Bedingungen

d₄/f < 0,2

und

0,18 < r₄/f < 0,45

erfüllt.

In der nachfolgenden Tabelle werden die technischen Daten für das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv ge mäß dem vierten Ausführungsbeispiel aufgeführt:

Tabelle 4

Ausgehend von den in den vorstehenden Tabellen aufge führten technischen Daten für die einzelnen erfindungs gemäßen Projektionsobjektive ergibt sich:

Tabelle 5

Die Tabelle 5 zeigt, daß jedes der vier Ausführungsbei spiele die vier eingangs der Beschreibung angegebenen Bedingungen erfüllt.

Claims

1. Projektionsobjektiv für die 3-Chip-DMD-Projek tion, bestehend aus einer zweigliedrigen und ei ner viergliedrigen Linsengruppe sowie einer zuge ordneten Mikrospiegelanordnung (DMD), dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsobjektiv, ausgehend von der der Projektionswand zugekehrten Seite aus aufge baut ist aus
einer positiven Linse (L₁), welche eine positi ve Meniskuslinse ist, deren konvexe Seite der Projektionswand zugekehrt ist,
einer negativen Linse (L₂), welche eine negati ve Meniskuslinse ist, deren konvexe Seite eben falls der Projektionswand zugekehrt ist,
einem positiven Linsenelement (L₃) das aus ei ner negativen Meniskuslinse (L₃₁) und einer po sitiven Meniskuslinse (L₃₂), deren konkave Flä chen der Projektionswand zugekehrt sind, oder einer positiven Meniskuslinse (L₃) gebildet ist, deren konkave Fläche der Projektionswand zugekehrt ist,
einer negativen Linse (L₄), die eine Bikonkav linse ist, deren schwächer gekrümmte Fläche zur Projektionswand weist,
einer positiven Linse (L₅), die aus einer Bi konvexlinse gebildet ist, deren schwächere Krüm mung der Projektionswand zugekehrt ist, sowie
einer positiven Linse (L₆), die ebenfalls eine Bikonvexlinse ist, deren stärkere Krümmung der Projektionsfläche zugekehrt ist,
daß eine Blende zwischen der zweiten Linse (L₂) und dem dritten Linsenelement (L₃; L₃₁, L₃₂) angeordnet ist, und
daß der maximale Winkel zwischen Hauptstrahl und optischer Achse auf der Objektseite des Pro jektionsobjektivs 2 Grad oder weniger beträgt.

2. Projektionsobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Be dingungen erfüllt:
50 < ν_ave < 70
und
n_ave < 1,73,
wobei bedeuten ν_ave (ave = average) den durch schnittlichen Wert der Abbe-Zahl der positiven Linsenelemente und n_ave den durchschnittlichen Wert des Brechungsindex der positiven Linsenele mente des Projektionsobjektivs sowie die Bedingun gen:
d₄/f < 0,2
und
0,18 < r₄/f < 0,45
erfüllt, wobei bedeuten d₄ der Luftraum zwischen der zweiten Linse (L₂) und der dritten Baugruppe (L₃₁, L₃₂) bzw. dem dritten Linsenelement (L₃), r₄ den Konkavradius der zweiten Linse (L₂) und f die Brennweite des Projektionsobjektivs.

3. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 und 2, gekenn zeichnet durch die folgenden technischen Daten:
bei einer Brennweite von 60,2 mm und einer Schnittwei te in Luft von 94,26 mm.

4. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 und 2, gekenn zeichnet durch die folgenden technischen Daten:
bei einer Brennweite von 65,1 mm und einer Schnittwei te in Luft von 93,66 mm.

5. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 und 2, gekenn zeichnet durch die folgenden technischen Daten:
bei einer Brennweite von 75,0 mm und einer Schnittwei te in Luft von 96,68 mm.

6. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß das positive Linsenele ment (L₃) eine Meniskuslinse ist, die mit ihrer konkaven Fläche der Projektionsfläche zugekehrt ist.

7. Projektionsobjektiv nach Anspruch 6, gekenn zeichnet durch die folgenden technischen Daten:
bei einer Brennweite von 70,2 mm und einer Schnittweite in Luft von 90,55 mm.