DE10353563A1

DE10353563A1 - Projetionsobjektiv für die Projektion digitaler Bilddaten

Info

Publication number: DE10353563A1
Application number: DE2003153563
Authority: DE
Inventors: Udo Schauss
Original assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Current assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-11-15
Also published as: DE10353563B4

Abstract

Es wird ein Projektionsobjektiv für die Projektion digitaler Bilddaten vorgeschlagen, welches sich, von der Projektionswand her betrachtet, aus einer ersten positiven Linse (10), einer zweiten negativen Linse (16), einer dritten (22) und einer vierten (28) Linse, einer fünften positiven (38) und einer sechsten negativen (44) Linse, einer siebten negativen Linse (50), einer achten positiven Linse (56) und einer neunten positiven Linse (62) zusammensetzt. Zur Verkürzung der Gesamtbrennweite kann das Projektionsobjektiv außerdem noch mit einem aus einer zehnten positiven Linse (978) und einer elften negativen Linse (984) bestehenden achromatisierten Vorsatz (977) negativer Brechkraft ausgestattet werden. Das Projektionsobjektiv weist eine sehr hohe Bildqualität bei sehr geringem Farbquerfehler auf. Es ist ferner nahezu telezentrisch und verfügt über eine lange Schnittweite.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für die Projektion digitaler Bilddaten. Derartige Objektive werden vor allem in der digitalen Videotechnik für die Projektion digital aufgezeichneter Bilder in Kinos, in der Werbung oder bei Präsentationen eingesetzt.
Stand der Technik
In der digitalen Video-Projektionstechnik werden digitale elektrische Bildsignale in optische Informationen umgewandelt und auf eine Projektionswand projiziert. Zwei wichtige Beispiele für die digitale Video-Projektionstechnik stellen die Flüssigkristall-Technologie (Liquid Crystal Display, LCD) und die sogenannte DLP-Technologie (Digital Light Processing) dar. Letztere wird beispielsweise in L. J. Hornbeck: DLP (Digital Light Processing) für ein Display mit Mikrospiegel-Ablenkung, Fernseh- und Kinotechnik 50 (10), 555 (1996), beschrieben. In der DLP-Technologie werden Matrizen von mikroelektromechani schen Spiegelsystemen (Digital Mirror Device, DMD) eingesetzt, welche einfallendes Licht je nach Stellung der einzelnen Spiegelelemente der Matrizen durch ein Projektionsobjektiv auf eine Projektionswand projizieren oder blockieren. Auch vollfarbige Bildinformationen können dargestellt werden, beispielsweise indem die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau auf drei verschiedene DMD-Matrizen geleitet werden. Diese drei DMD-Matrizen werden elektronisch angesteuert und erzeugen jeweils ein Bild aus den drei Farbkanälen für die einzelnen Grundfarben. Durch einen Strahlvereiniger werden diese einzeln erzeugten Bilder wieder zusammengeführt und über ein Projektionsobjektiv vergrößert auf einer Projektionswand bzw. einem Bildschirm wiedergegeben.
Im Folgenden wird die der Projektionswand gegenüberliegende Seite des Projektionsobjektivs, also die dem Strahlvereiniger zugewandte Seite, als Objektseite bezeichnet. In der konventionellen Projektionstechnik entspricht dies der Filmseite des Objektivs.
Da bei der digitalen Projektion raumaufwändige optische Elemente, wie z. B. ein Strahlvereiniger, zwischen die Bildinformationsquelle (z. B. das DMD) und das Projektionsobjektiv integriert werden, müssen Projektionsobjektive für die digitale Projektion eine hohe Schnittweite aufweisen. Die Schnittweite ist dabei als der Abstand der letzten objektseiteigen Linsenoberfläche von der objektseitigen Brennebene definiert.
Der Einsatz von digitalen Projektionsgeräten, vor allem in öffentlichen Einrichtungen sowie für Werbung und im Kino nimmt ständig zu und erfordert zur Verbesserung der Bildqualität für diese Einsatzzwecke ein zunehmend größeres Auflösungsvermögen der hierbei verwendeten Projektionsobjektive, da die Größe der Mikrospiegel abnimmt.
Um bei diesem Projektionsverfahren ein ausreichend kontrastreiches Bild zu erhalten, ist es deshalb erforderlich, dass die für diese Zwecke eingesetzten Projektionsobjektive eine hohe Modulationsübertragungsfunktion (Modulation Transfer Function, MTF) aufweisen.
Außerdem muss der Farbquerfehler (chromatische Aberration) möglichst gering sein, d. h. Punkte unterschiedlicher Farben müssen durch das Projektionsobjektiv möglichst in gleicher Weise projiziert werden.
Darüber hinaus müssen Projektionsobjektive für die digitale Projektion einen weitgehend telezentrischen Strahlengang aufweisen. Dies ist dadurch begründet, dass der Strahlvereiniger dem Objektiv nur Licht unterhalb eines bestimmten Grenzwinkels zuführen kann.
Telezentrie bedeutet, dass die Eintrittspupille nahezu im Unendlichen liegt. In anderen Worten, die von den Punkten des Objekts ausgehenden Hauptstrahlen (also Strahlen durch den Mittelpunkt der Eintrittspupille) verlaufen parallel zur optischen Achse, bzw. überschreiten einen Toleranzwinkel α_max nicht.
Bekannte Projektionsobjektive für die digitale Projektion erfüllen die Anforderungen an die Schnittweite, die Modulationsübertragungsfunktion, den Farbquerfehler und die Telezentrie bisher in der Regel nicht oder nur ungenügend.
So weist ein in der US 5,625,495 beschriebenes telezentrisches Projektionsobjektiv nur eine geringe Schnittweite auf, so dass nur ungenügender Montageraum beispielsweise für einen Strahlvereiniger bleibt.
Ein in der DE 42 12 067 C2 beschriebenes Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive weist fünf hintereinander angeordnete Teilsysteme auf, die, mit einer positiven Brennweite beginnend, abwechselnd positive und negative Brechkräfte besitzen. Das zweite Teilsystem weist eine mittlere Abbé-Zahl kleiner als 44 und das dritte Teilsystem eine mittlere Brechzahl kleiner als 1,63 auf. Zusätzlich werden weitere enge Anforderungen an die Abbé-Zahlen und die Brechzahlen des ersten, des dritten und des vierten Teilsystems gestellt.
Ein in US 6,473,242 beschriebenes telezentrisches Projektionsobjektiv hingegen weist eine hohe Schnittweite und eine gute Telezentrie auf, wobei jedoch der Farbquerfehler für höchste Abbildungsqualitätsansprüche noch zu hoch ist.
Weitere in den Patentschriften US 5,969,876 , US 5,218,480 und US 5,969,874 beanspruchte Projektionsobjektive erfüllen die für die 3-Chip DMD Projektion erforderlichen Telezentriebedingungen nur ungenügend.
Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Projektionsobjektiv mit exzellenter Bildqualität für die digitale Projektion anzugeben. Das Projektionsobjektiv soll weitgehend telezentrisch sein, sowie einen geringen Farbquerfehler, eine große Schnittweite und eine geeignete Modulationsübertragungsfunktion aufweisen.
Lösung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es wird ein Projektionsobjektiv für die digitale Projektion vorgeschlagen, welches in der angegebenen Reihenfolge von einer Projektionswand aus betrachtet folgende optische Elemente aufweist:

– eine erste positive Linse,
– eine zweite negative Linse,
– eine dritte Linse,
– eine vierte Linse,
– eine fünfte positive Linse,
– eine sechste negative Linse,
– eine siebte negative Linse,
– eine achte positive Linse, und
– eine neunte positive Linse.

Die optischen Elemente bestehen typischerweise aus den für den Aufbau von Objektiven üblichen Gläsern bzw. Kunststoffen, die hinsichtlich ihres Brechungsindex und ihrer Dispersionseigenschaften ausgewählt werden. Hinzu kommt eine geeignete Beschichtung zur Entspiegelung der optischen Elemente.
Zwischen der vierten Linse und der fünften positiven Linse ist eine fiktive Ebene angeordnet. Die optischen Materialien sind dabei so gewählt, dass der arithmetische Mittelwert ν_ave der Abbé-Zahlen ν_d der positiven Linsenelemente, die von der Pro jektionswand aus betrachtet hinter der fiktiven Ebene angeordnet sind, und der negativen Linsenelemente, die von der Projektionswand aus betrachtet vor der fiktiven Ebene angeordnet sind, zwischen 70 und 95 liegt: 70 < νave < 95 (1)
Die Abbé-Zahl ν_d ist dabei definiert als:
wobei n_F' der Brechungsindex bei 480 nm und n_C' der Brechungsindex bei 643,8 nm ist. n_e ist der Brechungsindex bei 546,1 nm.
Weiterhin soll der arithmetische Mittelwert n_ave der Brechungsindizes n_d der positiven Linsenelemente, die von der Projektionswand aus betrachtet hinter der fiktiven Ebene angeordnet sind, und der negativen Linsenelemente, die von der Projektionswand aus betrachtet vor der fiktiven Ebene angeordnet sind, kleiner sein als 1,60: nave < 1,60 (3)
Das Projektionsobjektiv mit dem oben beschriebenen Aufbau verfügt über eine lange Schnittweite. Die Aberrationen sind vorteilhaft korrigiert. Außerdem weist das vorgeschlagene Projektionsobjektiv einen geringen Farbquerfehler auf.
Der vorgeschlagene Grundaufbau kann durch besondere Ausgestaltungen weiter in seinen Eigenschaften verbessert werden. So sollten beispielsweise die dritte Linse und die vierte Linse als Meniskuslinsen ausgestaltet sein.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das Projektionsobjektiv zwischen der vierten Linse und der siebten negativen Linse eine positive Linsenbaugruppe aufweist, welche die fünfte positive Linse und die sechste negative Linse umfasst. Diese positive Linsenbaugruppe kann jedoch noch weitere optische Elemente aufweisen.
Das Projektionsobjektiv kann weiterhin in der zwischen der vierten Linse und der fünften positiven Linse angeordneten fiktive Ebene eine Blende aufweisen. Diese Blende kann beispielsweise mit einem variablen Öffnungsdurchmesser ausgestaltet sein, um z. B. Helligkeitsunterschiede beim Wechsel vom Breitwand- auf das Cinemascope-Format auszugleichen. Außerdem kann durch Einstellen der Blendenöffnung die Schärfentiefe der Projektion verändert werden. Weiterhin kann die Blende eine kreisförmige Öffnung oder eine mit der Raumrichtung variierende Öffnungsbreite aufweisen.
Weiterhin sollte die erste positive Linse als Meniskuslinse ausgestaltet sein, deren konkave Seite der Projektionswand zugewandt ist.
Die zweite negative Linse weist vorteilhafter Weise zwei Oberflächen mit betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien auf, wobei vorteilhafter Weise die Oberfläche mit dem betragsmäßig größeren Krümmungsradius der Projektionswand zugewandt ist.
Weiterhin weist auch die fünfte positive Linse vorteilhafter Weise Oberflächen mit zwei betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweisen, wobei die Oberfläche mit dem betragsmä ßig größeren Krümmungsradius der Projektionswand zugewandt sein sollte. Die sechste negative Linse sollte als Meniskuslinse ausgestaltet sein. Vorteilhafte Weise ist die konkave Fläche dieser Linse der Projektionswand zugekehrt.
Die siebte negative Linse sollte Oberflächen mit zwei betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweisen, wobei es günstig ist, wenn die Oberfläche mit dem betragsmäßig größeren Krümmungsradius der Projektionswand zugekehrt ist.
Die achte positive Linse sollte als Bikonvexlinse ausgestaltet sein. Weiterhin sollte diese Linse Oberflächen mit zwei betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweisen, wobei die Oberfläche mit dem betragsmäßig kleineren Krümmungsradius der Projektionswand zugekehrt ist.
Die neunte positive Linse sollte ebenfalls Oberflächen mit zwei betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweisen, wobei wiederum die Oberfläche mit dem betragsmäßig kleineren Krümmungsradius der Projektionswand zugekehrt ist.
Weiterhin hat es sich als günstig herausgestellt, wenn mindestens eine Oberfläche der ersten positiven Linse als asphärische Oberfläche ausgestaltet ist.
Die beschriebenen Linsenelemente können insbesondere so angeordnet werden, dass der Winkel α zwischen den von Objektpunkten ausgehenden Hauptstrahlen und der optischen Achse für alle Objektpunkte 2° oder weniger beträgt. Dies bedeutet, dass das vorgeschlagene Projektionsobjektiv eine gute Telezentrie aufweist.
Es hat sich außerdem gezeigt, dass es günstig ist, wenn sich zwischen der vierten Linse und der fünften positiven Linse ein Luftabstand d_B befindet. Zwischen dem Luftabstand d_B und der Gesamtbrennweite f des Projektionsobjektivs sollte folgende Beziehung erfüllt sein: dB/f > 0,5 (4)
Zur Verkürzung der Gesamtbrennweite f kann das Projektionsobjektiv zusätzlich mit einem achromatisierten optischen Vorsatz versehen werden. Dieser Vorsatz hat eine negative Brechkraft und weist vorteilhafter Weise von der Projektionswand her betrachtet in der angegebenen Reihenfolge folgende Elemente auf:

– eine zehnte positive Linse und
– eine elfte negative Linse.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren und Tabellen bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
1 eine Linsenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Projektionsobjektivs mit 48,6 mm Brennweite;
2 die relative Beleuchtungsstärke des Projektionsobjektivs gemäß 1;
3 die Verzeichnung des Projektionsobjektivs gemäß 1;
4 die Modulationsübertragungsfunktion des Aufbaus gemäß 1 bei einer Wellenlänge von 540 nm bei 18, 36 und 72 Linienpaaren pro Millimeter;
5 eine Linsenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Projektionsobjektivs mit 64,9 mm Brennweite;
6 die relative Beleuchtungsstärke des Projektionsobjektivs gemäß 5;
7 die Verzeichnung des Projektionsobjektivs gemäß 5;
8 die Modulationsübertragungsfunktion des Aufbaus gemäß 5 bei einer Wellenlänge von 540 nm bei 18, 36 und 72 Linienpaaren pro Millimeter;
9 eine Linsenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Projektionsobjektivs mit 38,5 mm Brennweite;
10 die relative Beleuchtungsstärke des Projektionsobjektivs gemäß 9;
11 die Verzeichnung des Projektionsobjektivs gemäß 9; und
12 die Modulationsübertragungsfunktion des Aufbaus gemäß 9 bei einer Wellenlänge von 540 nm bei 18, 36 und 72 Linienpaaren pro Millimeter.
Die technischen Daten der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele sind in den Tabellen 1 bis 7 aufgelistet. Im Einzelnen zeigt:
Tab. 1 eine Liste der Radien, der Dicken und Luftabstände, der Brechzahlen und der Abbé-Zahlen der in 1 dargestellten Anordnung;
Tab. 2 eine Liste der Asphärenkoeffizienten, der Brennweite und der Schnittweite der in 1 dargestellten Anordnung;
Tab. 3 eine Liste der Radien, der Dicken und Luftabstände, der Brechzahlen und der Abbé-Zahlen der in 5 dargestellten Anordnung;
Tab. 4 eine Liste der Asphärenkoeffizienten, der Brennweite und der Schnittweite der in 5 dargestellten Anordnung;
Tab. 5 eine Liste der Radien, der Dicken und Luftabstände, der Brechzahlen und der Abbé-Zahlen der in 9 dargestellten Anordnung;
Tab. 6 eine Liste der Asphärenkoeffizienten, der Brennweite und der Schnittweite der in 9 dargestellten Anordnung;
Tab. 7 einen Vergleich einiger optischer Kenngrößen der in 1, 5 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiele.
Ausführungsbeispiele 1 und 2:
Die Ausführungsbeispiele 1 und 2, deren Linsenanordnungen in den 1 und 5 dargestellt sind, stellen Beispiele mit gleichem grundlegenden Aufbau dar, die sich jedoch bezüglich ihrer Brennweite und ihrer Schnittweite unterscheiden.
Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Projektionsobjektiv mit einer Brennweite von 48,636 mm und einer Schnittweite in Luft von 93,88 mm. Das Projektionsobjektiv gemäß dem in 5 dargestellten Aufbau hat eine Brennweite von 64,888 mm und eine Schnittweite von 113,002 mm in Luft.
In der Darstellung gemäß 1 bzw. 5 befindet sich die Projektionswand bzw. das vergrößerte Bild links und das Objekt beziehungsweise das digitale Bildmedium rechts. In beiden Ausführungsbeispielen besteht das Projektionsobjektiv aus folgenden Elementen in der Reihenfolge vom vergrößerten Bild zum Gegenstand, also von links nach rechts:

– einer positive Meniskuslinse 10 bzw. 510, deren konkave Oberfläche 12 bzw. 512 der Projektionswand zugekehrt ist und deren konvexe Oberfläche 14 bzw. 514 als asphärische Linsenoberfläche ausgestaltet ist,
– einer negative Linse 16 bzw. 516, deren flachere Oberfläche 18 bzw. 518 der Projektionswand zugekehrt ist,
– zwei Meniskuslinsen 22 bzw. 522 und 28 bzw. 528, deren konvexe Oberflächen 24 und 30 bzw. 524 und 530 der Projektionswand zugewandt sind,
– einer Blende 34 bzw. 534,
– einer positiven Baugruppe 36 bzw. 536, bestehend aus
– einer positiven Linse 38 bzw. 538, deren flachere Oberfläche 40 bzw. 540 der Projektionswand zugekehrt ist, und – einer negativen Meniskuslinse 44 bzw. 544, deren konkave Oberfläche 46 bzw. 546 ebenfalls der Projektionswand zugekehrt ist, – einer negativen Linse 50 bzw. 550, welche mit ihrer schwächer gekrümmten Fläche 52 bzw. 552 zur Projektionswand weist,
– einer bikonvexen Linse 56 bzw. 556, deren stärker gekrümmte Oberfläche 58 bzw. 558 der Projektionswand zugewandt ist, und
– einer positiven Linse 62 bzw. 562, deren stärkere Krümmung der Projektionsfläche zugewandt ist.

Die Linsen 38 und 44 bzw. 538 und 544 der positiven Linsenbaugruppe 36 bzw. 536 können auch miteinander verkittet eine Dublette bilden.
Von der Projektionswand her betrachtet hinter dem Projektionsobjektiv schließt sich ein aus den transparenten Komponenten 70 bzw. 570 und 74 bzw. 574 zusammengesetztes optisch äquivalentes Modell eines Strahlvereinigers 75 bzw. 575 an. Die optischen Weglängen innerhalb des Strahlvereinigers müssen bei der Berechnung der optischen Eigenschaften des Objektivs berücksichtigt werden, weshalb es zu Unterschieden zwischen der Schnittweite in Luft und der Schnittweite in Glas kommt.
Die genauen Angaben zu den einzelnen Oberflächen der optischen Elemente der beiden ersten Ausführungsbeispiele finden sich in Tab. 1 bzw. Tab. 3 zusammen mit den jeweils zugehörigen Bezugsziffern.
Aus den Angaben in Tab. 1 und Tab. 3 lässt sich auch der durchschnittliche Wert ν_ave der Abbé-Zahlen der positiven Linsenelemente, 38, 56, und 62 bzw. 538, 556 und 562, die sich von der Projektionswand aus gesehen hinter der Blende befinden, und der negativen Linsenelemente 16 und 28 bzw. 516 und 528, die sich vor der Blende befinden, berechnen. In beiden Ausführungsbeispielen errechnet sich für ν_ave durch Summieren der Abbé-Zahlen der fünf genannten Linsen, davon drei positive hinter der Blende und zwei negative vor der Blende, ein Wert von (71,3 + 94,8 + 94,8 + 94,8 + 94,8)/5 = 90,1.
Die oben angegebene Bedingung (1) ist also für beide Ausführungsbeispiele erfüllt.
Für den durchschnittlichen Wert n_ave der Brechungsindizes dieser Linsenelemente errechnet man analog aus den angegebenen Daten in beiden Ausführungsbeispielen einen Wert von 1,46122. In beiden Fällen ist also die oben angegebene Bedingung (3) erfüllt.
Auch die angegebene Bedingung (4) für das Verhältnis zwischen dem Abstand d_B und der Gesamtbrennweite f des Projektionsobjektivs ist erfüllt: Im ersten Ausführungsbeispiel errechnet man ein Verhältnis von 1,45, im zweiten Ausführungsbeispiel ein Verhältnis von 1,00.
In Tab. 2 und Tab. 4 sind die Asphärenkoeffizienten der Linsenoberflächen 14 bzw. 514 sowie weitere Daten der Projektionsobjektive aufgelistet. Die Oberfläche einer asphärischen Linse kann allgemein mit der folgenden Formel beschrieben werden:
wobei

– z die Pfeilhöhe (in mm) in bezug auf die achsensenkrechte Ebene angibt, also die Richtung der Abweichung von der Ebene senkrecht zur optischen Achse, d. h. in Richtung der optischen Achse
– C die sogenannte Scheitelkrümmung angibt. Sie dient zur Beschreibung der Krümmung einer konvexen oder konkaven Linsenoberfläche und errechnet sich aus dem Kehrwert des Radius.
– y den Abstand von der optischen Achse (in mm) angibt. y ist eine Radialkoordinate.
– K die sogenannte Konuskonstante angibt.
– D, E, F, G die sogenannten Asphärenkoeffizienten darstellen, die die Koeffizienten einer Polynomentwicklung der Funktion zur Beschreibung der Oberfläche der Asphäre sind.

In den 2 bis 4 bzw. 6 bis 8 sind einige charakteristische Kenngrößen der Projektionsobjektive gemäß den beiden ersten Ausführungsbeispielen dargestellt.
2 bzw. 6 zeigt die relative Beleuchtungsstärke des vergrößerten Bildes verglichen mit dem Zentrum für das Projektionsobjektiv gemäß den ersten beiden Ausführungsbeispielen. Die x-Achse gibt die relative Abweichung vom Zentrum des zu vergrößernden Bildes an.
3 bzw. 7 zeigt die Verzeichnung für das Projektionsobjektiv gemäß den ersten beiden Ausführungsbeispielen in der Abweichung von der idealen Bildgröße. Man erkennt im ersten Ausführungsbeispiel eine leichte tonnenförmige Verzeichnung, im zweiten Ausführungsbeispiel eine leichte kissenförmige Verzeichnung, die aber jeweils von einem Zuschauer im Kino nicht wahrnehmbar sind.
In 4 bzw. 8 ist die Auflösung der Projektionsobjektive dargestellt. Die Auflösung wurde monochromatisch für 540 nm berechnet. Gerechnet wurden drei Beispiele: Die oberen beiden Kurven gehören zu dem Beispiel mit einer Ortsfrequenz von 18 Linienpaaren pro mm (LP/mm), die mittleren beiden Kurven zu 36 LP/mm und die unteren beiden Kurven zu 72 LP/mm. Die durchgezogene Linie zeigt jeweils die Auflösung von radial verlaufenden Linienpaaren und die gestrichelte Linie die Auflösung von tangential verlaufenden Linienpaaren. Die x-Achse gibt die relative Abweichung vom Zentrum des Objektes an. Auf der y-Achse ist die Modulationsübertragungsfunktion bei einer Blendenzahl k von 2,5 dargestellt. Die Abbildung erfolgte quasi ins Unendliche. Die Auflösung der Projektionsobjektive gemäß den beiden ersten Ausführungsbeispielen entspricht der Auflösung sehr guter Projektionsobjektive.
Ausführungsbeispiel 3:
In einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 9 weist das Projektionsobjektiv den gleichen grundlegenden Aufbau wie die ersten beiden Ausführungsbeispiele auf. Zusätzlich weist das Projektionsobjektiv von der Projektionswand her betrachtet vor der ersten positiven Linse zur Verkürzung der Gesamtbrennweite f einen achromatisierten Vorsatz 977 mit negativer Brechkraft auf. Dieser Vorsatz besteht aus einer bikonvexen Linse 978 und einer negativen Linse 984.
Die genauen Angaben zu den einzelnen Oberflächen der optischen Elemente des dritten Ausführungsbeispiels finden sich in den Tabellen 5 und 6 zusammen mit den jeweils zugehörigen Bezugsziffern.
Das Projektionsobjektiv gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat eine Gesamtbrennweite von 38,454 mm und eine Schnittweite in Luft von 94,287 mm. Für ν_ave errechnet man aus den Abbé-Zahlen der Linsen 916, 928, 938, 956, 962 und 984 (inklusive des Vorsatzes 977) einen Wert von 89,15 und für n_ave aus den aufgelisteten Brechzahlen den Wert 1,46544. Die oben genannten Bedingungen (1) und (3) sind also erfüllt. Das Verhältnis von d_B zur Gesamtbrennweite beträgt in diesem Fall 1,83, so dass auch die Bedingung (4) erfüllt ist.
In 10 bis 12 sind wiederum analog zu 2 bis 4 bzw. 6 bis 8 die relative Beleuchtungsstärke, die Verzeichnung und die Modulationsübertragungsfunktion des Projektionsobjektivs gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt.
In Tab. 7 sind die relevanten Kenngrößen der Projektionsobjektive gemäß den drei beschriebenen Ausführungsbeispielen im Vergleich aufgelistet. Der halbe Bildwinkel β ist dabei (siehe z. B. 1) definiert als die Neigung des projizierten Strahlenbündels für die Bildecke zur optischen Achse. Der maximale telezentrische Winkel α ist die maximale Neigung eines objektseitigen Hauptstrahls zur optischen Achse.
Aus den in Tab. 7 zusammengefassten Daten lässt sich erkennen, dass alle Ausführungsbeispiele der Projektionsobjektive die eingangs gestellten Bedingungen erfüllen. Der maximale telezentrische Bildwinkel α, welcher am Rand des Objekts i. d. R. seinen größten Wert annimmt, überschreitet in keinem der Ausführungsbeispiele einen Wert von 0,3, so dass die Telezentriebedingung in diesen Beispielen sogar auf hervorragende Weise erfüllt ist.

10: positive Meniskuslinse
12: 1. Oberfläche der Linse 10 (konkav)
14: 2. Oberfläche der Linse 10 (konvex)
16: negative Linse
18: 1. Oberfläche der Linse 16
20: 2. Oberfläche der Linse 16
22: Meniskuslinse
24: 1. Oberfläche der Meniskuslinse 22
26: 2. Oberfläche der Meniskuslinse 22
28: Meniskuslinse
30: 1. Oberfläche der Meniskuslinse 28
32: 2. Oberfläche der Meniskuslinse 28
34: Blende
36: positive Baugruppe, bestehend aus den Linsen 38 und 44
38: positive Linse
40: 1. Oberfläche der Linse 38
42: 2. Oberfläche der Linse 38
44: negative Meniskuslinse
46: 1. Oberfläche der Linse 44 (krümmungsgleich mit der Ober
: fläche 42)
48: 2. Oberfläche der Linse 44
50: negative Linse
52: 1. Oberfläche der Linse 50
54: 2. Oberfläche der Linse 50
56: positive Linse
58: 1. Oberfläche der Linse 56
60: 2. Oberfläche der Linse 56
62: positive Linse 64
64: 1. Oberfläche der Linse 62
66: 2. Oberfläche der Linse 62
68: 1. Oberfläche des Strahlvereinigers 75
70: 1. Segment des Strahlvereinigers 75
72: Grenzfläche zwischen den beiden Segmenten 70 und 74 des
: Strahlvereinigers 75
74: 2. Segment des Strahlvereinigers 75
75: Strahlvereiniger
76: 2. Oberfläche des Strahlvereinigers 75
90: optische Achse
510: positive Meniskuslinse
512: 1. Oberfläche der Linse 510 (konkav)
514: 2. Oberfläche der Linse 510 (konvex)
516: negative Linse
518: 1. Oberfläche der Linse 516
520: 2. Oberfläche der Linse 516
522: Meniskuslinse
524: 1. Oberfläche der Meniskuslinse 522
526: 2. Oberfläche der Meniskuslinse 522
528: Meniskuslinse
530: 1. Oberfläche der Meniskuslinse 528
532: 2. Oberfläche der Meniskuslinse 528
534: Blende
536: positive Baugruppe, bestehend aus den Linsen 538 und 544
538: positive Linse
540: 1. Oberfläche der Linse 538
542: 2. Oberfläche der Linse 538
544: negative Meniskuslinse
546: 1. Oberfläche der Linse 544 (krümmungsgleich mit der Ober
: fläche 542)
548: 2. Oberfläche der Linse 544
550: negative Linse
552: 1. Oberfläche der Linse 550
554: 2. Oberfläche der Linse 550
556: positive Linse
558: 1. Oberfläche der Linse 556
560: 2. Oberfläche der Linse 556
562: positive Linse
564: 1. Oberfläche der Linse 562
566: 2. Oberfläche der Linse 562
568: 1. Oberfläche des Strahlvereinigers 575
570: 1. Segment des Strahlvereinigers 575
572: Grenzfläche zwischen den beiden Segmenten 570 und 574 des
: Strahlvereinigers 575
574: 2. Segment des Strahlvereinigers 575
575: Strahlvereiniger
576: 2. Oberfläche des Strahlvereinigers 575
590: optische Achse
910: positive Meniskuslinse
912: 1. Oberfläche der Linse 910 (konkav)
914: 2. Oberfläche der Linse 910(konvex)
916: negative Linse
918: 1. Oberfläche der Linse 916
920: 2. Oberfläche der Linse 916
922: Meniskuslinse
924: 1. Oberfläche der Meniskuslinse 922
926: 2. Oberfläche der Meniskuslinse 922
928: Meniskuslinse
930: 1. Oberfläche der Meniskuslinse 928
932: 2. Oberfläche der Meniskuslinse 928
934: Blende
936: positive Baugruppe, bestehend aus den Linsen 938 und 944
938: positive Linse
940: 1. Oberfläche der Linse 938
942: 2. Oberfläche der Linse 938
944: negative Meniskuslinse
946: 1. Oberfläche der Linse 944 (krümmungsgleich mit der Ober
: fläche 942)
948: 2. Oberfläche der Linse 944
950: negative Linse
952: 1. Oberfläche der Linse 950
954: 2. Oberfläche der Linse 950
956: positive Linse
958: 1. Oberfläche der Linse 956
960: 2. Oberfläche der Linse 956
962: positive Linse
964: 1. Oberfläche der Linse 962
966: 2. Oberfläche der Linse 962
968: 1. Oberfläche des Strahlvereinigers 975
970: 1. Segment des Strahlvereinigers 975
972: Grenzfläche zwischen den beiden Segmenten 970 und 974 des
: Strahlvereinigers 975
974: 2. Segment des Strahlvereinigers 975
975: Strahlvereiniger
976: 2. Oberfläche des Strahlvereinigers 975
977: achromatisierter Vorsatz negativer Brechkraft
978: positive Linse des achromatisierten Vorsatzes 977
980: 1. Oberfläche der Linse 978
982: 2. Oberfläche der Linse 978
984: negative Linse des achromatisierten Vorsatzes 977
986: 1. Oberfläche der Linse 984
988: 2. Oberfläche der Linse 984
990: optische Achse

Liste der zitierten Literatur:

US 5,625,495
DE 42 12 067 C2
US 6,473,242
US 5,969,876
US 5,218,480
US 5,969,874
L. J. Hornbeck: DLP (Digital Light Processing) für ein Display mit Mikrospiegel-Ablenkung, Fernseh- und Kinotechnik 50 (10), 555 (1996).

Tab. 1
Tab. 2
Tab. 3
Tab. 4
Tab. 5
Tab. 5 (Forts.)
Tab. 6
Tab. 7

Claims

Projektionsobjektiv für die Projektion digitaler Bilddaten, welches in der angegebenen Reihenfolge von einer Projektionswand aus betrachtet folgende Elemente aufweist: – eine erste positive Linse (10; 510; 910); – eine zweite negative Linse (16; 516; 916); – eine dritte Linse (22; 522; 922); – eine vierte Linse (28; 528; 928); – eine fünfte positive Linse (38; 538; 938); – eine sechste negative Linse (44; 544; 944); – eine siebte negative Linse (50; 550; 950); – eine achte positive Linse (56; 556; 956); und – eine neunte positive Linse (62; 562; 962); wobei zwischen der vierten Linse und der fünften positiven Linse eine fiktive Ebene angeordnet ist; wobei der arithmetische Mittelwert ν_ave der Abbé-Zahlen ν_d der positiven Linsenelemente, die von der Projektionswand aus betrachtet hinter der fiktiven Ebene angeordnet sind, und der negativen Linsenelemente, die von der Projektionswand aus betrachtet vor der fiktiven Ebene angeordnet sind, zwischen 70 und 95 liegt; und wobei der arithmetische Mittelwert n_ave der Brechungsindizes n_d der positiven Linsenelemente, die von der Projektionswand aus betrachtet hinter der fiktiven Ebene angeordnet sind, und der negativen Linsenelemente, die von der Projektionswand aus betrachtet vor der fiktiven Ebene angeordnet sind, kleiner ist als 1,60.
Projektionsobjektiv nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die dritte Linse (22; 522; 922) als Meniskuslinse ausgestaltet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vierte Linse (28; 528; 928) als Meniskuslinse ausgestaltet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv zwischen der vierten Linse und der siebten negativen Linse eine positive Linsenbaugruppe (36; 536; 936) aufweist, welche die fünfte positive Linse (38; 538; 938) und die sechste negative Linse (44; 544; 944) umfasst.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Projektionsobjektiv in der zwischen der vierten Linse (28; 528; 928) und der fünften positiven Linse (38; 538; 938) angeordneten fiktiven Ebene eine Blende (34; 534; 934) aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste positive Linse (10; 510; 910) als Meniskuslinse ausgestaltet ist, deren konkave Seite (12; 512; 912) der Projektionswand zugekehrt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite negative Linse (16; 516; 916) Oberflächen (18, 20; 518, 520; 918, 920) mit betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweist; und wobei die Oberfläche mit dem betragsmäßig größeren Krümmungsradius (18; 518; 918) der Projektionswand zugewandt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die fünfte positive Linse (38; 538; 938) Oberflächen (40, 42; 540, 542; 940, 942) mit zwei betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweist; und wobei die Oberfläche mit dem betragsmäßig größeren Krümmungsradius (40; 540; 940) der Projektionswand zugewandt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die sechste negative Linse (44; 544; 944) als Meniskuslinse ausgestaltet ist.
Projektionsobjektiv nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die konkave Fläche (46; 546; 946) der sechsten negativen Linse (44; 544; 944) der Projektionswand zugekehrt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die siebte negative Linse (50; 550; 950) Oberflächen (52, 54; 552, 554; 952, 954) mit zwei betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweist; und wobei die Oberfläche (52; 552; 952) mit dem betragsmäßig größeren Krümmungsradius der Projektionswand zugekehrt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die achte positive Linse (56; 556; 956) als Bikonvexlinse ausgestaltet ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die achte positive Linse (56; 556; 956) Oberflächen (58, 60; 558, 560; 958, 960) mit zwei betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweist; und wobei die Oberfläche (58; 558; 958) mit dem betragsmäßig kleineren Krümmungsradius der Projektionswand zugekehrt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die neunte positive Linse (62; 562; 962) Oberflächen (64, 66; 564, 566; 964, 966) mit zwei betragsmäßig verschiedenen Krümmungsradien aufweist; und wobei die Oberfläche (64; 564; 964) mit dem betragsmäßig kleineren Krümmungsradius der Projektionswand zugekehrt ist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste positive Linse (10; 510; 910) mindestens eine asphärische Oberfläche (14; 514; 914) aufweist.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine optische Achse (90; 590; 990; 1316) aufweist, sowie auf der von der Projektionswand abgewandten Seite eine Objektseite, wobei der Winkel α zwischen Hauptstrahl und optischer Achse auf der Objektseite für alle Objektpunkte 2° oder weniger beträgt.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Gesamtbrennweite f, wobei sich zwischen der vierten Linse (28; 528; 928) und der fünften positiven Linse (38; 538; 938) ein Luftabstand d_B befindet; wobei zwischen dem Luftabstand d_B und der Gesamtbrennweite f des Projektionsobjektivs folgende Beziehung erfüllt ist: dB/f > 0,5.
Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches von der Projektionswand her betrachtet vor der ersten positiven Linse (10; 510; 910) einen achromatisierten Vorsatz (977) aufweist, wobei der achromatisierte Vorsatz eine negative Brechkraft hat; und wobei der achromatisierte Vorsatz in der angegebenen Reihenfolge von der Projektionswand her betrachtet – eine zehnte positive Linse (978) und –eine elfte negative Linse (984) aufweist.