DE19529673C2

DE19529673C2 - Projektionsobjektiv und Projektor

Info

Publication number: DE19529673C2
Application number: DE19529673A
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Minefuji; Yasuyuki Tejima; Masakazu Yamagata
Original assignee: Pentax Corp; Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp; Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2015-08-12
Also published as: KR960008369A; JPH08106045A; JP3445404B2; KR100269441B1; DE19529673A1; US5600488A

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv sowie einen Projektor mit einem derartigen Objektiv.

Um ein großformatiges Bild zu projizieren, muß man bekannt lich ein kleines Bild modulierender Elemente auf einen Schirm mit vergrößertem Maßstab projizieren. In einem solchen Pro jektionssystem werden separate Bilder mit der blauen, grünen und roten Grundfarbe mit einem Farbkombinationsprisma o. ä. kombiniert, wie es beispielsweise durch die japanische Offen legungsschrift 2-40607 bekannt ist.

Die jüngeren technischen Entwicklungen auf dem Gebiet der Flüssigkristalle (aus denen Bildmodulationselemente bestehen) machten die Erstellung eines Farbbildes hoher Auflösung unter Verwendung nur eines Flüssigkristall-Modulationselements mög lich. Es entsteht daher kein Raumaufwand für ein Farbkombina tionsprisma der bekannten Art. Trotzdem sollten aber bei ei nem Projektor der Feldwinkel vergrößert, die Größe verringert und die Herstellkosten reduziert werden.

Ferner wird als Licht vorzugsweise paralleles Licht verwen det, da Flüssigkristalle ihre optischen Eigenschaften mit dem Lichteintrittswinkel ändern. Es ist jedoch ein Objektiv großen Durchmessers zur Aufnahme parallelen Lichtes nötig, das durch den Flüssigkristall hindurchtritt. Hierzu wird be kanntlich eine Kondensorlinse verwendet, so daß ein kleines Abbildungslinsensystem eingesetzt werden kann. Eine Konden sorlinse für ein Superweitwinkelobjektiv hat eine starke Brechkraft und muß daher im Hinblick auf Raumbedarf und opti sche Leistung als Fresnel-Linse ausgebildet sein.

Aus der GB 15 03 456 ist ein Projektionsobjektiv bekannt, das von der Projektionsebene her in nachstehender Reihenfolge eine Abbildungslinsengruppe mit einer positiven ersten Linsengruppe und einer positiven zweiten Linsengruppe hat. Die zweite Linsengruppe der Abbildungslinsengruppe enthält da bei ein negatives erstes Linsenelement, ein positives zweites Linsenelement und ein positives drittes Linsenelement. Zum Stand der Technik wird ferner auf die US 4 756 604 und die US 5 179 398 verwiesen, in denen ebenfalls Projektionsobjektive beschrieben sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Projektionsobjektiv anzuge ben, das bezüglich der Abbildungsfehler gut korrigiert und zur Projektion eines Flüssig kristallfeldes als Bildvorlage geeignet ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa tentansprüche 1 und 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird als "Vergrößerungsseite" die Projektions seite des Linsensystems bezeichnet, während die dem zu vergrö ßernden Objekt zugewandte Seite die "Verkleinerungsseite" ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch die Linsenanordnung eines Projekti onsobjektivs als erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 1 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 3 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 1 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 4 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als zweites Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 5 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 4 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 6 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 4 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungssei te für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 7 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als drittes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 8 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 7 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 9 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 7 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungssei te für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 10 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als viertes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 11 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 10 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 12 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 10 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungs seite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 13 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als fünftes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 14 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 13 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 15 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 13 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungs seite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 16 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als sechstes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 17 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 16 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 18 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 16 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungs seite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 19 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als siebtes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 20 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 19 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 21 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 19 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungs seite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 22 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als achtes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 23 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 22 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 24 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 22 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungs seite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 25 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als neuntes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 26 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 25 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 27 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 25 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungs seite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 28 die schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs als zehntes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 29 Diagramme der verschiedenen Aberrationen des in Fig. 28 gezeigten Objektivs auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1,

Fig. 30 Diagramme verschiedener Aberrationen des in Fig. 28 gezeigten Objektivs auf der Verkleinerungs seite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1,

Fig. 31 eine Darstellung des Winkels θ zwischen der op tischen Achse und einer normal zur Fläche einer Fresnel-Linse verlaufenden Linie,

Fig. 32 die schematische Darstellung eines Flüssig kristallprojektors mit einem Projektionsobjektiv nach der Erfindung,

Fig. 33 eine Darstellung der Scharfeinstellung des Projektionsobjektivs in dem Flüssigkristall projektor nach Fig. 32,

Fig. 34 die Position der Blende in einem Projektionsob jektiv nach der Erfindung, und

Fig. 35 die Darstellung der Pupille einer Abbildungslin sengruppe.

Fig. 32 zeigt den Gesamtaufbau eines Flüssigkristallprojek tors mit einem Projektionsobjektiv nach der Erfindung.

Weitgehend parallele Lichtstrahlen aus einer Lichtquelle 11 werden über ein farbiges Flüssigkristallfeld 12 und eine Fresnel-Kondensorlinse 13 geleitet und treten dann in eine Abbildungslinsengruppe 14 ein. Diese projiziert das Bild des Flüssigkristallfeldes 12 auf einen Bildschirm 15. Die Licht quelle 11 enthält einen Parabolspiegel 11a und eine Lampe 11b, die im Brennpunkt des Parabolspiegels 11a angeordnet ist. Das von der Lampe 11b abgegebene Licht wird an dem Para bolspiegel 11a als paralleles Licht reflektiert. In Fig. 32 besteht das farbige Flüssigkristallfeld 12 aus einer einzigen Platte. Bekanntlich können Bilder mit Rotanteil, Grünanteil und Blauanteil in Form farbiger Flüssigkristallfelder in ei nem Flüssigkristallprojektor kombiniert werden. Das in Fig. 32 gezeigte optische System wird in bekannten Flüssig kristallprojektoren auf jedes Flüssigkristallfeld angewendet.

Fig. 33 zeigt das Prinzip der Scharfeinstellung des Flüssig kristallprojektors. Parallele Lichtstrahlen durchdringen das farbige Flüssigkristallfeld 12 und werden von der Fresnel- Linse 13 fokussiert und mit der Abbildungslinsengruppe 14 auf den Bildschirm 15 projiziert. In Fig. 33 sind die Fres nel-Linse 13, die Abbildungslinsengruppe 14 und das durch de ren Eintrittspupille fallende Licht für die längste Projek tionsentfernung durchgezogen dargestellt (maximale Projek tionsvergrößerung, d. h. ein unendlich großes Projektions bild). Gestrichelt sind diese Elemente für die kürzeste Pro jektionsentfernung dargestellt (minimale Projektionsvergröße rung, d. h. das Projektionsbild kann eine Größe von 25 cm ha ben).

In Fig. 33 werden die Fresnel-Linse 13 und die Abbildungslin sengruppe 14 in Richtung zum Bildschirm 15 um praktisch über einstimmende Beträge verstellt, wenn die Projektionsentfer nung zwischen dem längsten und dem kürzesten Wert geändert wird. Die Verstellungen der Fresnel-Linse 13 und der Abbil dungslinsengruppe 14 sind so gewählt, daß Licht (Hauptstrahl), das das farbige Flüssigkristallfeld 12 durch dringt, bei jedem Abbildungsmaßstab in die Eintrittspupille der Abbildungslinsengruppe 14 eintritt. Die Fresnel-Linse 13 und die Abbildungslinsengruppe 14 werden dabei so bewegt, daß sie bei jedem Abbildungsmaßstab mit Bezug zu dem farbigen Flüssigkristallfeld 12 ein weitgehend telezentrisches opti sches System bilden. Bei einer solchen Bewegung der Fresnel- Linse 13 und der Abbildungslinsengruppe 14 kann nur das rechtwinklig in das farbige Flüssigkristallfeld 12 eintre tende Licht auf den Bildschirm 15 projiziert werden. Dabei nimmt der Kontrast des Flüssigkristallfeldes 12 nicht ab. Die Fresnel-Linse 13 und die Abbildungslinsengruppe 14 bestehen aus Positivlinsen.

Ein Projektionsobjektiv nach der Erfindung wird beispielswei se in einem Flüssigkristallprojektor der vorstehend beschrie benen Art verwendet. Insbesondere kann die Erfindung vorteil haft auf einen Projektor angewendet werden, dessen halber Feldwinkel der Abbildungslinsengruppe 14 etwa 40° beträgt und bei dem die Projektionsvergrößerung im Bereich von etwa 4x bis 20x veränderlich ist.

Das Projektionsobjektiv besteht aus drei Linsengruppen, d. h. einer Abbildungslinsengruppe mit einer ersten Linsengruppe positiver Brechkraft und einer zweiten Linsengruppe positiver Brechkraft sowie einer Fresnellinsengruppe (dritte Linsen gruppe) positiver Brechkraft und mindestens einer Fresnel- Linsenfläche, wobei diese Linsengruppen von der Vergröße rungsseite gesehen in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind. Zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe ist eine Blende angeordnet. Das Projektionsobjektiv nach der Erfindung erfüllt die Bedingungen der Formeln (1) und (2) des Patentanspruchs 1.

Die Formel (1) in Patentanspruch 1 spezifiziert die positive Brennweite der er sten Linsengruppe zur Korrektion der sphärischen Aberration und der Bildfeldkrümmung. Liegt das in der Formel (1) definierte Verhältnis unter dem unteren Grenzwert, so ist die Brechkraft der ersten Linsen gruppe so stark, daß die Bildfläche insbesondere bei kurzer Entfernung stark verändert ist. Liegt dieses Verhältnis andererseits über dem oberen Grenzwert, so ist die Brechkraft der ersten Linsengruppe zu schwach, um die sphärische Aberration zu korrigieren. Ferner kann eine Über korrektion der Bildfeldkrümmung auftreten.

Die Formel (2) in Patentanspruch 1 definiert die positive Brennweite der zweiten Linsengruppe zur Korrektion verschiedener Aberrationen, die hauptsächlich in der dritten Linsengruppe verursacht werden. Unterschreitet das in der Formel (2) genannte Verhältnis den unteren Grenzwert, so ist die Brechkraft der zweiten Linsengruppe so stark, daß der Krümmungsradius einer jeden Linsenfläche zu klein ist, wodurch sich die chro matische Aberration extrem verschlechtert. Liegt dieses Verhält nis andererseits über dem oberen Grenzwert, so ist die Brechkraft der zweiten Linsengruppe zu schwach, um den Astigmatismus und die Verzeichnung zu begrenzen. Es ist aber schwierig, die zweite Linsengruppe klein zu bauen.

Die Formel (3) in Patentanspruch 1 definiert die Form der Linsenfläche der ersten Linse bzw. Linsenelements der zweiten Linsen gruppe auf der Vergrößerungsseite. In dem Projektionsobjektiv nach der Erfindung liegt die Fresnel-Linsenfläche mit starker positiver Brechkraft zwischen der zweiten Linsengruppe und dem zu projizierenden Objekt, um in oben beschriebener Weise ein telezentrisches optisches Sy stem zu realisieren. Die Formel (3) betrifft das Erfordernis einer Korrektion des Astigmatismus und der Verzeichnung, die durch die Fresnel-Linsenfläche verursacht werden. Ist der Krümmungsradius der ersten Linsenfläche der zweiten Linsen gruppe so gewählt, daß die Formel (3) erfüllt wird, so können der Astigmatismus und die Verzeichnung korrigiert werden. Liegt der Wert des Verhältnisses unter dem unteren Grenzwert, so ist eine Korrektion der sphärischen Aberration und der Bildfeldkrümmung schwierig. Liegt das Verhältnis über dem oberen Grenzwert, so ver schlechtert sich die Koma am Umfang der Bildfläche.

Die Formel (4) in Patentanspruch 2 definiert die Abbe zahl der Negativlinse der zweiten Linsengruppe zur Korrektion der chromatischen Aberration. Ist die Abbezahl größer als der obere Grenzwert der Formel (4), so ist eine Begrenzung der chromatischen Queraberration insbesondere am Bild feldrand schwierig.

Die Formel (5) in Patentanspruch 4 bezieht sich auf die Form der Fresnel-Linsenfläche der dritten Linsengruppe, die die stärkste positive Brechkraft hat. Fig. 31 zeigt den Winkel θ zwischen der optischen Achse und einer zur Fresnel-Linsenflä che 13F normal verlaufenden Linie. Ist dieser Winkel θ klei ner als der untere Grenzwert, so ist die Brechkraft am Umfang der Fresnel-Linsenfläche zu schwach, um die gewünschte tele zentrische Eigenschaft zu realisieren. Ist der Winkel θ ande rerseits größer als der obere Grenzwert, so sind die Kanten der Prismen auf der Fresnel-Linsenfläche so scharf, daß ein starker Lichtverlust eintritt. Ferner ist es schwierig, derartige Prismen mit scharfen Kanten her zustellen.

Die Formel (6) in Patentanspruch 4 bezieht sich auf die hin tere Bildweite, d. h. den Abstand f_b zwischen der objektseitigen Fläche der Fresnel-Linse und dem Objekt. Kommt die Linsenfläche der konjugierten Fläche näher als der untere Grenzwert in Formel (6), so kann die durch die Linsenfläche der Fresnel-Linse verursachte Aberration begrenzt sein, je doch tritt durch ein regelmäßiges Muster des Flüssigkristall feldes in der konjugierten Ebene und die Teilung der Fresnel- Linsenfläche ein Moiré auf oder es wird ein vergrößertes Fresnel-Muster projiziert. Ist die hintere Bildweite länger als der obere Grenzwert, so ist ein Begrenzen der chromati schen Queraberration schwierig.

Die Formel (7) in Anspruch 6 betrifft die Form des Meniskuslinsenelementes bzw. des Kittglieds der ersten Linsengruppe mit positiver Brechkraft, das auf der Projektionsseite angeordnet ist, wenn die erste Linsengruppe aus mehreren Linsenelementen be steht. Ist seine positive Brech kraft größer als der untere Grenzwert, so erfolgt eine Unter korrektion der sphärischen Aberration, und der Astigmatismus nimmt zu. Wenn die Brechkraft den oberen Grenzwert über schreitet, so tritt eine sphärische Unter-Aberration auf, und die Koma wird verschlechtert.

Die Formel (8) in Patentanspruch 6 beschreibt das Verhältnis der Gesamtlänge der ersten Linsengruppe und der Brennweite des gesamten Linsensystems, wenn die erste Lin sengruppe aus mehreren Linsen besteht. Ist das Verhältnis kleiner als der untere Grenzwert, so ist eine Korrektion des Astigmatismus und der Koma zu einem ausgeglichenen Zustand schwierig. Überschreitet das Verhältnis den oberen Grenzwert, d. h. wenn die Gesamtlänge der ersten Linsengruppe zu groß ist, so können die Aberrationen effektiv korrigiert werden, jedoch ist eine kleine Baugröße schwierig erreichbar.

Die Formel (9) in Patentanspruch 7 beschreibt die Linsen form, wenn die erste Linsengruppe aus einer Meniskuslinse be steht. Ist das Verhältnis kleiner als der untere Grenzwert, so tritt eine Unterkorrektion der sphärischen Aberration auf. Ist der Krümmungsradius größer als der obere Grenzwert in Formel (9), so wird am Umfang der Linse die chromatische Aberration unerwünscht verstärkt.

Die Formel (10) in Patentanspruch 7 betrifft den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Lin sengruppe, wenn die erste aus einer Meniskuslinse besteht. Bei dem Projektionsobjektiv nach der Erfindung ist immer ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe vor gesehen. Wenn die erste Linsengruppe aus einer einzelnen Linse besteht und der räumliche Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe innerhalb des durch die Formel (10) definierten Bereichs liegt, können die Aberrationen effektiv korrigiert werden. Ist der Abstand so klein, daß das Verhält nis unter dem unteren Grenzwert liegt, so nimmt die Gesamtbrech kraft der Linsengruppen zu. Ist der Abstand so groß, daß das Verhältnis über dem oberen Grenzwert liegt, so können die Aberrationen korrigiert werden, jedoch nimmt die Länge des Projektionsobjektivs zu, was im Gegensatz zur angestrebten Realisierung eines kleinen und billigen Linsensystems steht.

Vorzugsweise soll das Linsensystem die folgenden Formeln (11) und (12) erfüllen, um eine bessere optische Leistung zu er zielen:

0,3 < f₃/f₁₂ < 1,5 (11)

n₁ < 1,65 (12)

Darin ist f₃ die Brennweite der dritten Linsengruppe, f₁₂ die resultierende Brennweite der ersten und det zweiten Linsen gruppe und n₁ die Brechzahl des Linsenelements der zweiten Linsengruppe.

Die Formel (11) betrifft das Verhältnis der resultierenden Brechkraft der ersten und der zweiten Linsengruppe und der Brechkraft der dritten Linsengruppe. Wenn das Linsensystem die Formel (11) erfüllt, kann eine gute telezentrische opti sche Eigenschaft mit der dritten Linsengruppe erreicht wer den, ohne die Aberrationen zu verschlechtern. Liegt der Wert der Formel (11) unter dem unteren Grenzwert, so ist die Brechkraft der dritten Linsengruppe zu groß, um die sphäri schen Aberrationen und die chromatischen Aberrationen zu be grenzen. Liegt das Verhältnis über dem oberen Grenzwert, so ist die Brechkraft insbesondere der zweiten Linsengruppe so groß, daß der Krümmungsradius einer jeden Linsenfläche klein ist, und damit ist es schwierig, den Astigmatismus zu begren zen.

Die Formel (12) definiert die Brechzahl der Positivlinse der zweiten Linsengruppe auf der Vergrößerungsseite zur wirk samen Korrektion der Feldkrümmung. Überschreitet die Bre chzahl der positiven Linse den oberen Grenzwert, so ist eine flache Bildfläche schwierig zu erreichen. Ferner ist ein Glas mit einer hohen Brechzahl kostspielig, wodurch die Herstellkosten des Projektors zunehmen.

Zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe der Abbil dungslinsengruppe ist eine Blende S angeordnet, um das Licht bündel zu begrenzen. Der Abstand zwischen der vergrößerungs seitigen Fläche der ersten Linsengruppe und der Blende S ist mit Ls bezeichnet, und der Abstand zwischen der vergrößerungs seitigen Fläche der ersten Linsengruppe und der verkleine rungsseitigen Fläche der zweiten Linsengruppe ist mit L12 be zeichnet, wie Fig. 1 zeigt. Besteht die erste Linsengruppe aus einer einzigen Linse, so erfüllt das Linsensystem vor zugsweise die folgende Beziehung:

L_S/L₁₂ < 0,5 (13)

Besteht die erste Linsengruppe aus mehreren Linsen, so wird die Formel (13) durch die folgende Formel (13') ersetzt:

L_S/L₁₂ < 0,35 (13')

Die Formeln (13) und (13') spezifizieren die erforderliche Position der Blende. Ist sie möglichst nahe der ersten Lin sengruppe G₁ angeordnet (wobei das Verhältnis kleiner als der obere Grenzwert ist), so kann die Eintrittspupille der Abbildungslin sengruppe 14, die durch die erste und die zweite Linsengruppe G₁ und G₂ gebildet ist, auf der Vergrößerungsseite angeordnet, sein. Damit ist es möglich, wie Fig. 34 zeigt, den Neigungs winkel α des Hauptstrahls 20 an der Stelle des maximalen Bildwinkels zwischen der zweiten Linsengruppe G₂ und der dritten Linsengruppe G₃ (Fresnel-Linse 13) zu verringern. Der Fresnel-Winkel der Fresnel-Linse 13, die zu der dritten Lin sengruppe gehört, kann klein sein.

Fig. 35 zeigt die Positionen der Eintrittspupille 14A und der Austrittspupille 14B der Abbildungslinsengruppe 14. Das mit der Fresnel-Linse 13 fokussierte Licht fällt auf die Ein trittspupille 14A der Abbildungslinsengruppe 14. Die Fresnel- Linse 13 und die Abbildungslinsengruppe 14 werden relativ zu dem Flüssigkristallfeld 12 bewegt, so daß das mit der Fres nel-Linse 13 kondensierte Licht unabhängig von der Projek tionsentfernung immer auf die Eintrittspupille 14A fällt.

Im folgenden werden einige numerische Beispiele (Ausführungsformen) eines optischen Systems nach der Erfin dung erläutert.

In den Figuren und folgenden Tabellen ist F_NO die f-Zahl, 2ω der Feldwinkel auf der Vergrößerungsseite, R der Krümmungsra dius einer jeden Linsenfläche, D die Linsendicke oder der Ab stand zwischen den Linsen, n_d der Brechungsindex der d-Linie einer jeden Linse, ν_d die Abbezahl einer jeden Linse, SA die sphärische Aberration, SC die Abweichung von der Sinusbedingung, d-Linie, g-Li nie und C-Linie die sphärische Aberration, die chromatische Längsaberration und die chromatische Queraberration bei der jeweiligen Wellenlänge und S und M der Astigmatismus des Sa gittalstrahls und des Meridionalstrahls.

Die Form der asphärischen Fläche kann allgemein folgender maßen ausgedrückt werden:
X = CY²/{1 + [1 - (1 + K)C²Y²]^1/2} + A₄Y⁴ + A₆Y⁶ + A₈Y⁸ + A₁₀Y¹⁰ + . . .

Darin sind Y die Höhe über der Achse,
X der Abstand von einer Tangentialebene eines asphärischen Scheitels,
C die Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r),
K eine Konizitätskonstante,
A₄ der asphärische Faktor vierter Ordnung,
A₆ der asphärische Faktor sechster Ordnung,
A₈ der asphärische Faktor achter Ordnung,
A₁₀ der asphärische Faktor zehnter Ordnung.

Ausführungsbeispiel 1

In Fig. 1 bis 3 ist das erste Ausführungsbeispiel eines Pro jektors nach der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Linsenanordnung, Fig. 2 Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite bei dem Abbildungsmaßstab 20 : 1. Fig. 3 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsen systems der ersten Ausführungsbeispiels enthält die Tabelle 1. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die erste und die zweite Linsengruppe jeweils aus drei Linsenelementen. Die Linsenelemente der ersten Linsengruppe sind mit einander, verkittet, die Linsenelemente der zweiten Linsengruppe sind miteinander verkittet.

Tabelle 1

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 4 bis 6 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel eines Pro jektors nach der Erfindung. Fig. 4 zeigt eine Linsenanord nung, Fig. 5 Diagramme der Aberrationen auf der Verkleine rungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 6 zeigt Diagramme der Aberrationen für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsensystems sind in Tabelle 1 enthalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel beste hen die erste und die zweite Linsengruppe jeweils aus drei Linsenelementen. Die Linsenelemente der ersten Linsengruppe sind miteinander verkittet, die Linsenelemente der zweiten Linsengruppe sind gleichfalls mit einander verkittet.

Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 7 bis 9 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel eines Pro jektors nach der Erfindung. Fig. 7 zeigt eine Linsenanord nung, Fig. 8 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Ver kleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 9 zeigt Diagramme von Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsen systems für das dritte Ausführungsbeispiel enthält die Tabel le 3. Bei diesem Beispiel besteht die erste Linsengruppe aus drei Linsenelementen, die zweite Linsengruppe aus zwei Lin senelementen. Das erste und zweite Linsenelement der ersten Lin sengruppe sind miteinander verkittet. Die Linsenelemente der zweiten Linsengruppe sind gleichfalls miteinan der verkittet.

Tabelle 3

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 10 bis 12 zeigen das vierte Ausführungsbeispiel eines Projektors nach der Erfindung. Fig. 10 zeigt eine Linsenan ordnung, Fig. 11 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 12 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsen systems des vierten Ausführungsbeispiels enthält die Tabelle 4. Bei diesem Beispiel besteht die erste Linsengruppe aus zwei Linsenelementen, die zweite Linsengruppe aus drei Lin senelementen. Es gibt keine verkitteten Linsen.

Tabelle 4

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 13 bis 15 zeigen das fünfte Ausführungsbeispiel eines Projektors nach der Erfindung. Fig. 13 zeigt eine Linsenan ordnung, Fig. 14 Diagramme der Aberrationen auf der Verklei nerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 15 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsensystems des fünften Ausführungsbeispiels enthält die Tabelle 5. Bei diesem Beispiel bestehen die erste und die zweite Linsen gruppe jeweils aus zwei Linsenelementen. Die Linsenelemente der zweiten Linsengruppe sind miteinander ver kittet.

Tabelle 5

Ausführungsbeispiel 6

Fig. 16 bis 18 zeigen das sechste Ausführungsbeispiel eines Projektors nach der Erfindung. Fig. 16 zeigt eine Linsenan ordnung, Fig. 17 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 18 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsen systems des sechsten Ausführungsbeispiels enthält die Tabelle 6. Bei diesem Beispiel besteht die erste Linsengruppe aus einem einzigen Linsenelement (d. h. eine positive Meniskus linse mit einer vergrößerungsseitigen konvexen Fläche), und die zweite Linsengruppe besteht aus drei Linsenelementen. Das zweite und dritte Linsenelement der zweiten Linsengruppe sind mitein ander verkittet.

Tabelle 6

Ausführungsbeispiel 7

Fig. 19 bis 21 zeigen das siebte Ausführungsbeispiel eines Projektors nach der Erfindung. Fig. 19 zeigt eine Linsenan ordnung, Fig. 20 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite bei einem Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 21 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite bei einem Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsen systems des siebten Ausführungsbeispiels enthält die Tabelle 7. Bei diesem Beispiel besteht die erste Linsengruppe aus einem einzigen Linsenelement (d. h. einer positiven Meniskus linse mit einer konvexen vergrößerungsseitigen Fläche), und die zweite Linsengruppe aus Linsenelementen die miteinander verkittet sind.

Tabelle 7

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 22 bis 24 zeigen das achte Ausführungsbeispiel eines Projektors nach der Erfindung. Fig. 22 zeigt eine Linsenan ordnung, Fig. 23 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 24 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsen systems des achten Ausführungsbeispiels enthält die Tabelle 8.

Tabelle 8

Ausführungsbeispiel 9

Fig. 25 bis 27 zeigen das neunte Ausführungsbeispiel eines Projektors nach der Erfindung. Fig. 25 zeigt eine Linsenan ordnung, Fig. 26 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 27 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsen systems enthält die Tabelle 9.

Tabelle 9

Ausführungsbeispiel 10

Fig. 28 bis 30 zeigen das zehnte Ausführungsbeispiel eines Projektors nach der Erfindung. Fig. 28 zeigt eine Linsenan ordnung, Fig. 29 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 20 : 1, Fig. 30 zeigt Diagramme der Aberrationen auf der Verkleinerungsseite für einen Abbildungsmaßstab 4 : 1. Numerische Daten des Linsensystems des zehnten Ausführungsbeispiels enthält die Tabelle 10.

Tabelle 10

Die folgende Tabelle 11 zeigt numerische Werte der Formeln (1) bis (13) der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispie le.

Tabelle 11

Claims

1. Projektionsobjektiv, das von der Projektionsebene aus gesehen eine erste Linsengruppe positiver Brechkraft, eine zweite Linsen gruppe positiver Brechkraft mit mindestens einer ersten und einer zweiten Linse und als dritte Linsengruppe eine Fresnel-Linse positi ver Brechkraft aufweist, wobei die erste Linse der zweiten Linsen gruppe positive Brechkraft und die zweite Linse negative Brechkraft hat, zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe eine Aper turblende angeordnet ist, das Objektiv ein objektseitig telezentri sches optisches System bildet und folgende Bedingungen erfüllt sind:
1,4 < f₁/f < 2,8 (1)
1,5 < f₂/f < 6,0 (2)
-1,0 < f/r₂₁ < 0,5, (3)
worin f die Gesamtbrennweite des Projektionsobjektivs, f₁ die Brennweite der ersten Linsengruppe, f₂ die Brennweite der zweiten Linsengruppe und r₂₁ der Krümmungsradius der der Projektions ebene zugewandten Fläche der ersten Linse ist.

2. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung erfüllt ist
v₂ < 30, (4)
worin v₂ die Abbezahl der zweiten Linse der zweiten Linsengruppe ist.

3. Projektionsobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe eine dritte Linse positiver Blechkraft hat.

4. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnel-Linsenfläche (13F) ob jektseitig angeordnet ist, und daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
50°< θ < 70° (5)
0,2 < f_b/f < 0,6, (6)
worin θ der Winkel zwischen der optischen Achse und einer Linie normal zur objektseitigen Fresnel-Linsenfläche (13F) an ihrem am weitesten von der optischen Achse entfernten Punkt und f_b der Ab stand zwischen der Fresnel-Linsenfläche (13F) und dem Objekt ist.

5. Projektionsobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die projektionsseitige Fläche der Fresnel-Linse asphärisch ist.

6. Projektionsobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe als erste Linse eine Meniskuslinse mit projektionsseitiger konvexer Fläche oder ein aus einer positiven Linse und einer negativen Linse beste hendes Kittglied sowie eine zweite Linse positiver Blechkraft mit ei ner projektionsseitigen konvexen Fläche aufweist, wobei folgende Bedingungen erfüllt sind
0,8 < r₁₁/r₁₂ < 1,2 (7)
0,1 < d₁/f < 0,25 (8)
worin r₁₁ der Krümmungsradius der projektionsseitigen Fläche der ersten Linse, r₁₂ der Krümmungsradius der objektseitigen Fläche der zweiten Linse und d₁ die Gesamtlänge der ersten Linsengruppe ist.

7. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe eine Meniskuslinse positiver Brechkraft mit einer projektionsseitigen konvexen Fläche ist, und daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
0,3 < r₁/f < 1,0 (9)
0,2 < d₁₂/f < 0,4, (10)
worin r₁ der Krümmungsradius der projektionsseitigen Linsenfläche der Meniskuslinse und d₁₂ der Abstand der ersten Linsengruppe von der zweiten Linsengruppe ist.

8. Projektionsobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe eine asphärische Fläche hat.

9. Projektor mit einem Projektionsobjektiv nach einem der vorher gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein objektseitiges transparentes Flüssigkristallfeld und einen projektionsseitigen Bildschirm, die konjugiert zueinander angeordnet sind, wobei das auf das Flüssigkristallfeld fallende Licht durch das Objektiv auf den Bildschirm projizierbar ist.