DE2936548C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv für eine Kathodenstrahlröhre
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Mit einem solchen Projektionsobjektiv kann eine Vergrößerung einer
Abbildung projiziert werden, die auf einer Kathodenstrahlröhre,
etwa dem Bildschirm eines Fernsehgerätes, erscheint.
Ein Projektionsobjektiv für eine Kathodenstrahlröhre der angegebenen
Gattung ist aus der US-PS 25 02 543 bekannt und weist eine
erste Linsengruppe mit schwacher positiver Brechkraft, bestehend
aus einer einzelnen asphärischen Linse zur Korrektur der asphärischen
Aberration, sowie eine zweite Linsengruppe mit starker positiver
Brechkraft, die insgesamt bikonvex ist, auf, wobei der axiale
Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe mehr als die Hälfte
der Äquivalenz-Brennweite des Projektionsobjektives
entspricht.
Aus der US-PS 38 68 173 geht ein Projektionsobjektiv für eine
Kathodenstrahlröhre hervor, bei dem negative, konkave Elemente
als Bildfeldebener unmittelbar vor dem Schirm der Kathodenstrahlröhre
angeordnet sind.
Projiziert man eine Abbildung eines Objektes, wie bspw. einer
einfarbigen Kathodenstrahlröhre, wie sie in Farb-Projektions-Fernsehsystemen
mit drei Kathodenstrahlröhren verwendet wird, so muß
wegen der begrenzten spektralen Bandbreite jeder Kathodenstrahlröhre
die chromatische Aberration nicht korrigiert werden. Es
wurden deshalb weitgehend herkömmliche Projektionsobjektive eingesetzt,
wobei jedoch auf Materialien mit unterschiedlichen Dispersionen
verzichtet wurde.
Diese Projektionsobjektive haben jedoch einen relativ komplexen
Aufbau, da andere Aberrationen korrigiert werden müssen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Projektionsobjektiv
für eine Kathodenstrahlröhre der angegebenen Gattung
zu schaffen, das trotz seines einfachen Aufbaus die befriedigende
Korrektur von Abbildungsfehlern gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche
definiert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß durch
die weitgehende Verwendung von optischen Elementen mit asphärischen
Oberflächen ein einfacher Aufbau erreicht wird, zu dem nur
wenige Bauelemente benötigt werden. Die Herstellung und Montage
eines solchen Projektionsobjektives vereinfachen sich also wesentlich.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich dann, wenn die drei
verschiedenen Linsengruppen durch einzelne, asphärische Linsen
gebildet werden, wobei die Summe der Brechkräfte der einzelnen
Linsen klein sein sollte.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Projektionsobjektivs für eine
Kathodenstrahlröhre und
Fig. 2 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Ausbildung
einer Linsenoberfläche als rotationssymmetrische Fläche.
Ein solches Projektionsobjektiv weist Linsen L 1, L 2 und L 3 in
den drei Linsengruppen G 1, G 2 und G 3 mit asphärischen Flächen
auf, wie aus den Beispielen in den nachfolgenden Tabellen ersichtlich
ist. Die asphärischen Flächen können durch die folgende Gleichung
definiert werden:
mit
X
= Krümmung der Oberfläche beim Abstand der halben Öffnungsweite y von
der optischen Achse des Elementes
C
= Krümmung einer Linsenfläche an der optischen Achse A gleich
dem Kehrwert ihres Radius an der optischen Achse, und
k
= konische Konstante
Die asphärischen Flächen können als Rotationsoberflächen eines
zusammengesetzten, erzeugenden Kurvenzuges definiert werden, wie
noch erläutert werden soll.
Ein solches Projektionsobjektiv weist, ausgehend vom abbildungsseitigen
Ende, die drei Linsengruppen G 1, G 2 und G 3 auf. Jede
Linsengruppe G 1, G 2 und G 3 besteht bei der einfachsten Ausführungsform
aus einer einzigen Linse.
Wie man in Fig. 1 erkennt, weist die Linsengruppe G 1 eine einzige
Linse L 1 mit sehr schwacher, positiver Brechkraft auf, die
in einem wesentlichen Abstand von der Linse L 2 der zweiten Linsengruppe
G 2 angeordnet ist. Die Linse L 1 korrigiert blendenabhängige Aberrationen
und weist in ihrer einfachsten Ausführungsform eine ebene
Fläche und eine asphärische Fläche auf.
Diese zweite Linsengruppe G 2 besteht aus einer einzelnen, bikonvexen
Linse L 2 mit mindestens einer asphärischen Fläche und liefert
im wesentlichen die gesamte positive Brechkraft des Projektionsobjektives.
Die dritte Linsengruppe G 3 besteht aus einer einzelnen, negativen
Linse L 3 mit konkaver, der Abbildungsseite zugewandter Fläche
S 5. In der einfachsten Ausführungsform ist die objektseitige Oberfläche
der Linse L 3 eben, während die bildseitige Oberfläche S 5
asphärisch ist.
Die Linse L 3 dient zur Bildfeldebenung und korrigiert im wesentlichen
die Petzval-Krümmung der Linsen L 1 und L 2.
Weiterhin ist eine zur Strahlungsabschirmung dienende Linse L 4
vorgesehen, die keinen Beitrag zur optischen Leistung des Projektionsobjektivs
leistet. Die Bildfläche der Kathodenstrahlröhre
ist durch die Ebene P angedeutet.
Die folgenden Tabellen I bis III zeigen Beispiele für Projektionsobjektive
mit Halbfeldwinkeln von 20 bis 25°. Diese Projektionsobjektive
weisen Flächen auf, die durch die obige Gleichung für
asphärische Flächen definiert sind; die Projektionsobjektive nach
den Tabellen IV bis VIII weisen Flächen auf, die als erzeugende,
zusammengesetzte Kurven von Rotationskörpern definiert sind, wie
noch beschrieben werden soll.
In diesen Tabellen wird der Oberflächenradius durch den Buchstaben
S, gefolgt durch die Nummer der Oberfläche, gekennzeichnet;
dabei handelt es sich um den Radius an der optischen Achse.
N d bezeichnet den Brechungsindex, und V d die Abbe'sche Zahl.
Positive Oberflächenradien sind von links und negative Oberflächenradien
von rechts aus geschlagen. Die Abbildung liegt auf der
rechten Seite an der Oberfläche der Kathodenstrahlröhre.
Die zur Strahlenabschirmung dienende Linse L 4 wird im allgemeinen
verwendet und auch berücksichtigt, stellt jedoch kein wesentliches
Bauteil dieses Projektionsobjektives dar.
Die Projektionsobjektive nach den Tabellen I bis III und V bis
VIII werden in erster Linie für monochromatische Kathodenstrahlröhren
eingesetzt, sind also nicht farbkorrigiert.
Das Projektionsobjektiv nach Tabelle IV kann bei einer Farb-Kathodenstrahlröhre
eingesetzt werden und enthält die zur Strahlenabschirmung
dienende Linse L 4 nicht.
In der Tabelle IV werden die Oberflächen S 7 und S 8 durch den Bildschirm
der Kathodenstrahlröhre gebildet.
In allen Tabellen ist der Bildschirm der Kathodenstrahlröhre nur
gezeigt, um den vorderen Scheitelabstand des Projektionsobjektives
anzugeben, also den axialen Abstand von der Oberfläche S 1 der
Linse L 1 der ersten Linsengruppe G 1 zum Bildschirm.
In den Tabellen wird das relative Öffnungsverhältnis von der kurzen
Nebenachse aus gemessen.
In den Tabellen IV bis VIII
sind die asphärischen Flächen als zusammengesetzte bzw.
aus einem zusammengesetzten Kurvenzug gewonnene Rotationsflächen
definiert, wie dies in der folgenden Veröffentlichung
erläutert ist:
A.K. Rigler und T.P. Vogt, "Applied Optics", Juli 1971, Bd. 10, Nr. 7, S. 1648 bis 1651.
A.K. Rigler und T.P. Vogt, "Applied Optics", Juli 1971, Bd. 10, Nr. 7, S. 1648 bis 1651.
Gemäß Fig. 2 ist die Durchbiegung Z eine kubische Funktion
von p m , der halben Oberflächenhöhe. In Fig. 2 ist der Wert
von p m eine Hälfte der freien Öffnung der Oberfläche; die
Inkremente p₁-p₂; p₂-p₃; p₃-p₄; p₄-p₅ und p m -p₅
sind gleiche Unterteilungen oder Bereiche Z₁ bis Z₅ der
halben freien Öffnungsweite der Linsenfläche.
Die Höhe der Linsenfläche kann in mehrere Bereiche
unterteilt werden, die erforderlich sind, um die Linsenfläche
zu definieren. Es liegt eine kubische Gleichung für
jeden Bereich von Z₁ bis Z n vor, wobei
Bei jeder Gleichung für einen Bereich bezeichnet p i die
Ausgangs-Oberflächenhöhe des zugehörigen Bereichs Z i ; d i
sind Beiwerte, die dem i-ten-Bereich zugeordnet sind;
und die Beiwerte a i , b i , c i sind von p i und d i derart
abgeleitet, daß die erste und zweite Ableitung von
Z i am Beginn eines jeden Bereichs stetig sind, aber die
dritte Ableitung unstetig ist.
Die beschreibenden Gleichungen für die Zonen Z₁ bis Z₅,
welche die asphärischen Flächen definieren, sind
Bei den dargestellten Beispielen erfordern die fünf Bereiche
des Wertes p, welche gleiche Unterteilungen der
Flächenhöhe sind, nur die Beiwerte d₁, d₂, d₃, d₄ und
d₅, um die Fläche für eine vorgegebene freie Öffnungsweite
vollständig zu definieren. Die sphärischen Radien,
die in den Beschreibungstabellen angegeben sind, sind die
Ausgangskrümmungen an der optischen Achse.
Die Brechkräfte K der Linsen der Tabellen I bis VIII als
Verhältnis zur Einheitsbrennweite des Gesamtobjektivs
sind in Tabelle IX ausgeführt.
Ein Projektionsobjektiv nach Tabelle IX weist folgendes
Verhältnis der Brechkräfte der einzelnen Gruppen zur
Gesamtbrechkraft des Objektivs auf;
G 1 0,1 bis 0,4
G 2 0,85 bis 1,1
G 3 -1,0 bis -1,9
G 2 0,85 bis 1,1
G 3 -1,0 bis -1,9
In der einfachsten Form, wie in den Tabellen I, II, III,
V, VI, VII und VIII gezeigt ist, weist jede Linse
L 1 und L 3 eine ebene Fläche auf, wodurch die Schwierigkeiten
bei der Herstellung auf ein Minimum reduziert werden.
Ein Objektiv, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ausgelegt auf
eine Äquivalenz-Brennweite von 135 mm und eine relative
Öffnung von 1 : 1,2 hat den folgenden Aufbau:
Asphärische Flächen: S 2, S 4 und S 5
Asphärische Koeffizienten:
Asphärische Koeffizienten:
Ein Objektiv, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ausgelegt auf
eine Äquivalenz-Brennweite von 135 mm und eine relative
Öffnung von 1 : 1,09 hat den folgenden Aufbau:
Asphärische Flächen: S 2, S 3, S 4 und S 5
Asphärische Koeffizienten:
Asphärische Koeffizienten:
Ein Objektiv, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ausgelegt auf
eine Äquivalenz-Brennweite von 135 mm und eine relative
Öffnung von 1 : 1,2 hat den folgenden Aufbau:
Asphärische Flächen: S 2, S 4, S 5
Asphärische Koeffizienten:
Asphärische Koeffizienten:
Ein Objektiv, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ausgelegt auf
eine Äquivalenz-Brennweite von 300 mm und eine relative
Öffnung von 1 : 1,65 hat den folgenden Aufbau:
Asphärische Flächen: S 1, S 3, S 4, S 5
Ein Objektiv, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ausgelegt auf
eine Äquivalenz-Brennweite von 127 mm und eine relative
Öffnung von 1 : 1,09 hat den folgenden Aufbau:
Asphärische Flächen: S 1, S 4, S 5 und S 6
Ein Objektiv, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ausgelegt auf
eine Äquivalenz-Brennweite von 135 mm und eine relative
Öffnung von 1 : 1,09 hat den folgenden Aufbau:
Asphärische Flächen: S 1, S 3, S 4, S 5, S 6
Ein Objektiv, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ausgelegt auf
eine Äquivalenz-Brennweite von 127 mm und eine relative
Öffnung von 1 : 1,09 hat den folgenden Aufbau:
Asphärische Flächen: S 1, S 3, S 4, S 5 und S 6
Ein Objektiv, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ausgelegt auf
eine Äquivalenz-Brennweite von 135 mm und eine relative
Öffnung von 1 : 1,09 hat den folgenden Aufbau:
Asphärische Flächen: S 1, S 3, S 4 und S 5
Claims (24)
1. Projektionsobjektiv für eine Kathodenstrahlröhre
- a) mit einer ersten Linsengruppe mit schwacher positiver Brechkraft, bestehend aus einem Element mit asphärischer Fläche zur Korrektur der blendunabhängigen Aberration, und
- b) mit einer zweiten Linsengruppe mit starker positiver Brechkraft, die insgesamt bikonvex ist,
- c) wobei der axiale Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe mindestens der Hälfte der Äquivalenz-Brennweite des Projektionsobjektives entspricht,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- d) das Projektionsobjektiv hat eine Gesamt-Brechkraft von 1,0;
- e) eine zweite Linsengruppe (G 2) weist ein bikonvexes Element (L 2) mit positiver Brechkraft und mit wenigstens einer asphärischen Oberfläche auf;
- f) die positive Brechkraft (K 2) des bikonvexen Elementes (L 2) liegt im Bereich von 0,85 bis 1,1;
- g) eine dritte Linsengruppe (G 3) besteht aus einem Element (L 3) mit asphärischer Fläche zur Bildfeldebnung und Korrektur der Bildfeldkrümmung, verursacht durch die erste und zweite Linsengruppe (G 1, G 2);
- h) die negative Brechkraft des Elementes (L 3) liegt im Bereich von -1,0 bis -1,9.
2. Projektionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
positive Brechkraft (K 1) des Elementes (L 1) der ersten Linsengruppe (G 1)
im Bereich von 0,1 bis 0,4 liegt.
3. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen der zweiten
Linsengruppe (G 2) und der dritten Linsengruppe (G 3) der 0,5- bis
0,7fachen Äquivalenz-Brennweite des Projektionsobjektives entspricht.
4. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die asphärische Oberfläche des Elementes der
dritten Linsengruppe (G 3) konkav ist.
5. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Elemente durch die folgende
Gleichung definiert sind:
mit:X= Krümmung der Oberfläche beim Abstand der halben Öffnungsweite y
von der optischen Achse des ElementesC= Krümmung einer Linsenfläche an der optischen Achsek= Konische KonstanteD, E, F und G = Konstanten.
6. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für
eine Äquivalenz-Brennweite von 135 mm und eine relative Öffnung
von 1 : 1,2 gekennzeichnet durch die folgenden Konstruktionsdaten:
Asphärische Flächen: S 2, S 4 und S 5
Asphärische Koeffizienten:
Asphärische Koeffizienten:
mit:
N d = Brechungsindex der Linsen,
V d = Linsendispersion, gemessen durch ihre Abbe'sche Zahl
S 1 bis S 6 = aufeinanderfolgende Linsenflächen, die bei positiver Benennung auf Radien, die von rechts her geschlagen sind, und bei negativer Bezeichnung auf Radien liegen, die links her geschlagen sind.
V d = Linsendispersion, gemessen durch ihre Abbe'sche Zahl
S 1 bis S 6 = aufeinanderfolgende Linsenflächen, die bei positiver Benennung auf Radien, die von rechts her geschlagen sind, und bei negativer Bezeichnung auf Radien liegen, die links her geschlagen sind.
7. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit
einer Äquivalenz-Brennweite von 135 mm und einer relativen
Öffnung von 1 : 1,09, gekennzeichnet durch die folgenden
Konstruktionsdaten:
Asphärische Flächen: S 2, S 3, S 4 und S 5
Asphärische Koeffizienten:
Asphärische Koeffizienten:
8. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4
mit einer Äquivalenz-Brennweite von 135 mm und einer
relativen Öffnung von 1 : 2,0, gekennzeichnet
durch die folgenden Daten:
Asphärische Flächen: S 2, S 4 und S 5
Asphärische Koeffizienten:
Asphärische Koeffizienten:
9. Projektionsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Linsenfläche als Kurvenzug der Erzeugenden
einer Rotationsfläche definiert ist, bei welcher die Durchbiegung
der Oberfläche längs einer Abszisse Z von einer Ordinate P in gleichen
Ordinaten von CA/2 n definiert ist, wobei
CA = die freie Öffnung der Linsenoberfläche und
n = die Zahl der Zonen definieren, und daß die Durchbiegung Z in
aufeinanderfolgenden Zonen durch eine Schar von aufeinanderfolgenden
Gleichungen Z 1 bis Zn wie folgt definiert ist:
mit
p i = die Ausgangs-Oberflächenhöhe der zugehörigen Zone Z i
d i = dem i-Bereich zugeordnete Beiwerte, und
a i , b i , c i = von p i bzw. d i derart abgeleitete Beiwerte, daß die erste und zweite Ableitung von Z i am Beginn einer jeden Zone stetig, jedoch die dritte Ableitung unstetig sind.
p i = die Ausgangs-Oberflächenhöhe der zugehörigen Zone Z i
d i = dem i-Bereich zugeordnete Beiwerte, und
a i , b i , c i = von p i bzw. d i derart abgeleitete Beiwerte, daß die erste und zweite Ableitung von Z i am Beginn einer jeden Zone stetig, jedoch die dritte Ableitung unstetig sind.
10. Projektionsobjektiv nach Anspruch 9 mit einer Äquivalenz-Brennweite von
135 mm, einer relativen Brennweite von 300 mm und einer relativen Öffnung
von 1 : 1,65, gekennzeichnet durch die folgenden Konstruktionsdaten:
Asphärische Flächen: S 1, S 3, S 4 und S 5
11. Projektionsobjektiv nach Anspruch 9 mit einer Äquivalenz-
Brennweite von 127 mm und einer relativen Öffnung
von 1 : 1,09, gekennzeichnet durch die folgenden Konstruktionsdaten:
Asphärische Flächen: S 1, S 4, S 5, S 6
12. Projektionsobjektiv nach Anspruch 9 mit einer Äquivalenz-
Brennweite von 135 mm und einer relativen Öffnung
von 1 : 1,09, gekennzeichnet durch die folgenden Konstruktionsdaten:
Asphärische Flächen: S 1, S 3, S 4, S 5, S 6
13. Projektionsobjektiv nach Anspruch 9 mit einer Äquivalenz-
Brennweite von 127 mm und einer relativen Öffnung
von 1 : 1,09, gekennzeichnet durch die folgenden Konstruktionsdaten:
Asphärische Flächen: S 1, S 3, S 4, S 5, S 6
14. Projektionsobjektiv nach Anspruch 9 mit einer Äquivalenz-
Brennweite von 135 mm und einer realtiven Öffnung
von 1 : 1,09, gekennzeichnet durch die folgenden Konstruktionsdaten:
Asphärische Flächen: S 1, S 3, S 4, und S 5
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2936548C2 true DE2936548C2 (de) | 1988-02-11 |
Family
ID=25475317
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE2936548A1 (de) |
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-
1979
- 1979-09-08 JP JP11564579A patent/JPS55124114A/ja active Pending
- 1979-09-10 DE DE19792936548 patent/DE2936548A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS55124114A (en) | 1980-09-25 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OI | Miscellaneous see part 1 | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G02B 13/16 |
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SCHWABE, H., DIPL.-ING. SANDMAIR, K., DIPL.-CHEM. |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |