DE1299901B - Projektionsobjektiv - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Projektionsobjektive, insbesondere zur Verwendung in Projektoren mit einem Projektionskopf. Objektive nach der Erfindung können aber auch in anderen optischen Geräten, wie Suchern und Kameras, gebraucht werden, sofern es erwünscht ist, die optische Achse innerhalb eines kompakten Systems zu knicken.
• Es sind bereits Projektionsobjektive bekannt, die zur Knickung der optischen Achse um 90° ein Prisma enthalten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Objektive zu verbessern, um zu vermeiden, daß die optischen Geräte groß und sperrig werden, daß ein wirklich befriedigendes Fokussierungsmittel im Gegensatz zu Projektoren vorhanden ist, die Mittel zur Fokussierung aufweisen, welche gewöhnlich die Bewegung des ganzen Projektionskopfes senkrecht mit Bezug zu dem Stativ oder die Bewegung des Objektivs senkrecht oder horizontal mit Bezug auf einen Spiegel erfordern, was häufig Vignettierung und eine Änderung in der Schirmbeleuchtung ergibt. Für eine gegebene Schirmfläche gibt es nur eine Entfernung, auf welche die früheren Projektoren mit Bezug auf den Schirm eingestellt werden mußten, um das projizierte Bild der Größe des Schirmes anzupassen. Daher war die Bewegung des ganzen Gerätes gegen den oder von dem Schirm weg notwendig, um diese genaue Stellung einzustellen, die für die gewünschte Bildgröße erforderlich ist.
• Dies wird durch die Erfindung vermieden. Sie stellt ein Projektionsobjektiv von ungewöhnlich kompakter Konstruktion zur Verfügung, welches besonders gut für die Verwendung in einem Projektor mit einem Projektionskopf geeignet ist. Die Erfindung gestattet es, daß Projektoren wesentlich kleiner als solche bekannten Projektoren sind, mit denen Diapositive von ähnlicher Größe projiziert werden können.
• Die Erfindung schafft ein Projektionsobjektiv, mit dem die Fokussierung leicht ohne wesentliche senkrechte Verschiebung des Schirmbildes und ohne Vignettierung oder Herabsetzung der Gleichmäßigkeit der Schirmbeleuchtung ausgeführt werden kann.
• Das Projektionsobjektiv kann leicht auf einen Schirm in irgendeiner Entfernung fokussiert werden, ohne die gesamte optische Baugruppe senkrecht zu bewegen und ohne das ganze Gerät gegen den oder von dem Schirm fort zu bewegen.
• Zur Lösung der Aufgabe dient ein Projektionsobjektiv vom Triplettyp, das zur Knickung der optischen Achse um 90° ein Prisma enthält und das aus zwei positiven und einer zwischen ihnen durch Lufträume getrennt angeordneten negativen Linse besteht, von denen das auf der Seite der längeren Schnittweite stehende Sammelglied axial verschiebbar ist. Es ist nach folgenden erfindungsgemäßen Bemessungsregeln ausgebildet:

  Tabelle 1

  0,58 F < +li < 0,73 F

  f2 = 00 (Prisma)

  0,27 F < - f < 0,36 F

  0,39 F < +f4 < 0,50 F

  0,40 F < +R1 < 0,52 F

  2,80 F < -R2 < 3,82 F

  R3 - R4 = 00

  0,25 F < -RS < 0,33 F

  0,54 F < +R6 < 0,68 F

  3,53 F < +R7 < 4,51 F

  0,26 F < -R8 < 0,34 F

  worin F die Objektivbrennweite einschließlich des Prismas ist, und von der kürzeren Konjugierten her gezählt fi, f2,... die Brennweiten der einzelnen Objektivglieder, R1, R"... die Krümmungsradien der Linsenflächen sind.
• Eine Abwandlung der Erfindung geht von einer Tripletmodifikation aus, die aus fünf freistehenden Einzellinsen besteht, von denen in Lichtrichtung die erste sammelnd, die zweite zerstreuend, die dritte und vierte sammelnd und die fünfte zerstreuend wirkt, wobei zur Änderung der Brennweite und zur Scharfeinstellung die erste und die fünfte Linse längs der optischen Achse bewegbar sind. Die Objektivglieder sind in diesem Fall nach folgenden erfindungsgemäßen Bemessungsregeln ausgebildet:

  Tabelle 2

  0,37 F < +f11 < 0,48 F 0,21 F < +R11 < 0,29 F

  0,29 F < -f2 < 0,38 F 1,30 F < -R12 < 1,62 F

  f3 = 00

  0,85 F < +f4 < 1,12 F 0,37 F < -R13 < 0,47 F

  0,40 F < +f1,5 < 0,51 F 0,37 F < +R14 < 0,47 F

  R15 = 00

  R16 = 00

  0,37 F < _f16 < 0,48 F 1,50 F < +R1.1 < 1,87 F

  0,62 F < -RIS < 0,78 F

  0,61 F < +R19 < 0,76 F

  0,26 < f il < 0,34 0,30 F < -R20 < 0,40 F

  f4 +f5

  0,24 F < -R21 < 0,31 F

  0,24 < _f16 < 0,36 0,97 F < +R22 < 1,24 F

  f4 +f5

  In den F i g. 1 bis 4 der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele schematisch und durch ihre Fertigungsdaten dargestellt.
• F i g. 5 zeigt die schematische Ansicht eines Projektors mit einem Projektionskopf, der ein erfindungsgemäß ausgebildetes Objektiv enthält.
• Unter Bezugnahme auf F i g. 1 der Zeichnung enthält das Linsensystem 10 ein positives Linsenelement 1, das im festen Abstand St von einem Halbwürfelprisma 2 angeordnet ist. Das Prisma 2 dient dazu, die optische Achse aus der vertikalen in die horizontale Richtung zu knicken, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Ein negatives oder divergierendes Linsenelement 3 ist axial auf der horizontalen optischen Achse ausgerichtet und ist um eine Strecke SZ im Abstand von der benachbarten Prismenoberfläche angeordnet. Ein positives Linsenelement 4 ist axial mit dem Linsenelement 3 ausgerichtet und ist mit einer geeigneten nicht gezeigten Halterungseinrichtung versehen, die dieses Element relatix zu dem Linsenelement 3 axial beweglich macht. Die Aperturblende des Linsensystems 10 ist an oder nahe der Prismenfläche R4 angeordnet. Die Bewegung des Linsenelementes 4 axial gestattet die Fokussierung des projizierten Bildes auf einen Schirm.
• Ein spezifisches. Beispiel eines Objektivs 10, dessen Fertigungsdaten in die vorerwähnten Grenzen der Tabelle 1 fallen, besitzt eine äquivalente Brennweite von 358 mm und eine relative Offnung f:5,2. Die numerischen Daten sind in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben.

  Tabelle 3

  Dicken und

  Linse N,. v ( Radien Luftzwischenräume

  mm mm

  R, = +165,25

  1 1,6203 60,3 tt = 9,5

  R2 = -1166,0

  St = 5,6

  R3 = 00

  2 1,5170 64,5 t2 = 63,5

  R4 = 00

  . SZ = 10,0

  Rs = -104,0

  3 1,621 36,2 t3 = 4,3

  R6 = +216,6

  S3 variiert

  15,7 bis 30,7

  R, = +l425,0

  4 1,6230 56,9 t4 = 13,0

  R8 = -107,0

  Beim Gebrauch des Objektivs nach Tabelle 3 beträgt der Abstand vom Diapositiv bis zur horizontalen optischen Achse vorzugsweise 422,5 mm, und die Scharfstellung auf einen gewünschten Bildabstand kann durch axiale Bewegung des Linsenelementes 4 erreicht werden. Die Variationen in Bildabstand und Vergrößerung als Funktionen der verschiedenen Werte von S3 sind in der Tabelle 4 angegeben.

  Tabelle 4

  S3 Bildabstand Vergrößerung

  mm m

  30,7 1,37 3,2 x

  23,2 2,07 5,0 x

  15,7 4,56 11,4 x

  Ein Projektionsobjektiv der durch die Tabellen 1, 3 und 4 bestimmten Art findet seinen größten Nutzen in Projektoren unter Bedingungen, bei denen ein außergewöhnlich großes Bild nicht erforderlich ist. Ein spezifisches Beispiel für ein Objektiv nach Tabelle 2 besitzt eine im Bereich von 254,8 bis 357,1 mm veränderbare Brennweite und eine relative Apertur f : 5,2. Das Objektiv ist gemäß den in der folgenden Tabelle 5 enthaltenen numerischen Daten konstruiert:

  Tabelle 5

  Dicken und

  Linse ND Radien Luftzwischenräume

  i mm mm

  R11 = +78,48

  11 1,5170 64,5 t11 = 14,5

  R12 = -443,8

  S11 variabel von

  7,0 bis 40,0

  R13 = -128,5

  12 1,6210 36,2 t12 = 3,5

  R14 = + 128,5

  S12 = 6,5

  R15 = ap

  13 1,5170 64,5 t13 = 63,5

  R16 = 0p

  S13 = 4,0

  R17 = +512

  14 1,5230 58,6 t14 = 7,0

  R18 = -214,6

  S14 = 0,5

  R19 = + 208,4

  15 1,5230 58,6 t15 = 15,0

  RZO = -107

  S15 variabel von

  4,0 bis 14,0

  R21 = -83,3

  16 1,5170 64,5 t16 = 4,0

  R22 = +334,4

  Das in F i g. 2 dargestellte Projektionsobjektiv 10' hat seine Aperturblende nahe dem rechtwinkligen Prisma 13, und bei seiner Verwendung in einem Projektor nach F i g. 5 befindet sich die horizontale optische Achse vorzugsweise 442,2 mm über dem Diapositiv. .
• Die Brennweite kann durch senkrechte Bewegung des Linsenelementes 11 geändert werden, wobei sich der Luftzwischenraum Sll ändert. Um das System auf gewünschte Bildabstände zu fokussieren, wird das Linsenelement 16 horizontal bewegt, wobei sich der Luftzwischenraum S15 ändert. Die Änderung in Bildabstand und Vergrößerung als Funktionen von Sll und S15 sind für drei verschiedene Brennweiten in der nachfolgenden Tabelle 6 angegeben:

  Tabelle 6

  Brennweite St, S,5 Bildabstand Vergrößerung

  mm mm mm m

  254,8 40 14 ' 0,73 2,7 x

  9 1,03 3,6 x

  4 1,67 5,6 x

  305,1 21 14 1,06 3,3 x

  9 1,73 5,1 x

  4 4,23 11,9 x

  357,1 7 14 1,52 4,1 x

  9 3,22 8,2 x

  4 x x

  Es ist selbstverständlich, daß die Werte von Sll und S15 beliebig zwischen den oberen und unteren Grenzen variieren können, die aus der vorstehenden Tabelle ersichtlich sind.
• Die Tabellen 3 und 5 sind in den F i g. 3 und 4 der Zeichnung wiederholt.
• Die Verwendung dieses Projektionsobjektivs schafft ein sehr vielseitiges Gerät. Wegen der Brennweitenänderung, bewirkt durch Bewegen der Linse 11 nach oben oder unten, wie in F i g. 2 gezeigt ist, kann das Objektiv bei Bildentfernungen von 73 cm bis zu sehr großen Abständen gebraucht werden. Auch überlappt der Bereich von Bildabständen und Vergrößerungen bei der kurzen Brennweite diejenige bei der langen Brennweite, weshalb diese Ausführung vielseitiger ist als die erste Ausführung.
• Die Verwendung der Objektive 10 oder 10' in einem Projektor des in F i g. 5 gezeigten Typs besitzt eine Anzahl von Vorteilen gegenüber gleichartigen bekannten Projektoren. Das verbesserte Projektionssystem, welches ein integriertes Prisma als das Lichtknickmittel enthält, ist sehr kompakt, so daß der Projektionskopf 40 wesentlich kleiner sein kann als die bekannten Projektionsköpfe. Er ist von robuster Konstruktion und kann in einem größeren Abstand über dem Objektträger sich befinden. Dieser größere Abstand, zusammen mit der vorerwähnten Kompaktheit, macht den Objektträger für den Bediener zugänglicher als bei den bekannten Konstruktionen, deren massige Projektionsköpfe dicht an dem Objektträger angeordnet sind. Ferner stört dieser kompakte Projektionskopf weniger die Sicht auf den Schirm als bei den massigen Köpfen der bekannten Projektoren gleichen Typs. Auch die Tatsache, daß das Bild auf irgendeinen Abstand von dem Schirm fokussiert werden kann, ohne die Stärke oder Gleichmäßigkeit der Schirmbeleuchtung zu verkleinern, überwindet manche der bei bestehenden Konstruktionen störenden Nachteile.
• Obwohl nur bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, ist es selbstverständlich, daß Änderungen und Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich sind. Beispielsweise ist die relative iiffnung nicht auf den Wert f : 5,2 beschränkt. Ferner brauchen die Prismen keine Halbwürfelprismen zu sein, sondern können einem gewünschten optischen Knickwinkel angepaßt sein.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Projektionsobjektiv vom Triplettyp, das zur Knickung der optischen Achse um 90@ ein Prisma enthält und aus zwei positiven und einer zwischen ihnen durch Lufträume getrennt angeordneten negativen Linse besteht, von denen das auf der Seite der längeren Schnittweite stehende Sammelglied axial verschiebbar ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die nachfolgenden Bemessungsregeln: 0,58 F < + f < 0,73 F f2 = oo (Prisma) 0,27 F < - f < 0,36 F 0,39 F < +f4 < 0,50 F , 0,40 F < +R, < 0,52 F 2,80 F < -R2 < 3,82 F = 00 R3 = R4 0,25 F < -R5 < 0,33 F 0,54 F < +R6 < 0,68 F 3,53 F < +R7 < 4,51 F 0,26 F < -R8 < 0,34 F worin F die Objektivbrennweite einschließlich des Prismas ist, und von der kürzeren Konjugierten her gezählt f,, ,f2,... die Brennweiten der einzelnen Objektivglieder, R,, R2,... die Krümmungsradien der Linsenflächen sind.
2. 2. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten: Linse Brechzahlen Abbesche Dicken und Zahlen Radien Luftzwischenräume 14' y mm mm R, = +165,25 1 1,6203 60,3 t, = 9,5 R2 = -1166,0 S, = 5,6 R3 = ao 2 1,5170 64,5 t2 = 63,5 R4 = 00 SZ = 10,0 RS = -104,0 3 1,621 36,2 t3 = 4,3 . R6 = +216,6 ' S3 variiert 15,7 bis 30,7 R7 = +l425,0 4 1,6230 56,9 t4 = 13,0 R$ = -107,0
3. 3. Projektionsobjektiv, das zur Knickung der optischen Achse um 90° ein Prisma enthält, bestehend aus rtinf durch Lufträume getrennten Einzellinsen, von denen in Lichtrichtung die erste sammelnd, die zweite zerstreuend, die dritte und vierte sammelnd und die fünfte zerstreuend wirkt, wobei zur Änderung der Brennweite und zur Scharfstellung die erste und fünfte Linse längs der optischen Achse bewegbar sind, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Bemessungsregeln: 0,37 F < + f , < 0,48 F 0,21 F < +R,1 < 0,29 F 0,29 F < _f12 < 0,38 F 1,30 F < -R,2 < 1,62 F J13 = 0,85 F < +f14 < 1,12 F 0,37 F < -R,3 < 0,47 F 0,40 F < +f,5 < 0,51 F 0,37 F < +R,4 < 0,47 F R,5 = oo R,6 = o0 0,37 F < -f 6 < 0,48 F 1,50 F < +R,., < 1,87 F 0,62 F < -R,8 < 0,78 F 0,61 F < +R,9 < 0,76 F 0,26 < f11 < 0,34 0,30 F < -R20 < 0,40 F f4 +f5 _f16 0,24 F < -R2, < 0,31 F 0,24 < < 0,36 0,97 F < +R22 < 0,24 F f4 +f5
4. 4. Projektionsobjektiv nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Daten: Linse Brechzahlen Abbesche Radien Dicken und Zahlen Luftzwischenräume N, " - mm mm R11 = +7$,48 11 1,5170 64,5 t11 = 14,5 R12 = -443,8 S11 variabel von 7,0 bis 40,0 R13 = -128,5 12 1,6210 36,2 t12 = 3,5 R14 = +l28,5 S,2 = 6,5 R15 = @o 13 1,5170 64,5 t13 = 63,5 R16 = ao S13 = 4,0 R17 = +512 14 1,5230 58,6 t14 = 7,0 R1$ = -214,6 S14 = 0,5 R19 = +208,4 15 1,5230 58,6 t15 = 15,0 RZO = -107 S15 variabel von 4,0 bis 14,0 R21 = -833 16 1,5170 64,5 t16 = 4,0 R22 = +334,4