DE3029916A1

DE3029916A1 - Wide angle retrofocus type projection lens - has eight single members to avoid need for condenser change and vignetting

Info

Publication number: DE3029916A1
Application number: DE19803029916
Authority: DE
Inventors: Rudi 6331 Schöffengrund Schael
Original assignee: WILL WETZLAR GmbH
Current assignee: WILL WETZLAR GmbH
Priority date: 1980-08-07
Filing date: 1980-08-07
Publication date: 1982-03-04

Abstract

The wide-angle projection lens consists of eight single members (I-VIII), forming a first group (A) of four members (I-IV), followed by two groups (B,C) each having two members (V,VI; VII, VIII). Three members (II,VI,VIII) are negative and convex (6,12,16) towards the object, whilst the remaining members are positive and convex (1,5,7,9,13) towards the image. Two members (IV,VII) are meniscus lenses, whilst three members (I, III,V) are biconvex. Refractive powers of the groups are specified relative to overall focal length, as are possible limits for the front to rear curvature ratios of the biconvex members and refractive powers of the front group members (I-IV). Aberration curves are shown for an f/2.8 lens.

Description

Vignettierungsfreies Weitwinkel-Projektionsobjektiv Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjetiv in Retrofocus-Bauweise mit großem Bildwinkel.Vignetting-free wide-angle projection lens the The invention relates to a projection lens in retrofocus design with a large angle of view.

Derartige Weitwinkel-Pro j ektions objektive werden vorwiegend bei der Rückflächenprojektion verwendet. Durch den großen Bildwinkel wird dabei ein kurzer Projektionsabstand erreicht.Such wide-angle projection lenses are predominantly used used for rear projection. Due to the large angle of view, a short projection distance achieved.

Die bekannten Weitwinkel-Objektive sind in der Regel für Projektionszwecke nicht geeignet. Sie sind im allgemeinen für Aufnahmezwecke entwickelt und haben neben einer langen Schnittweite, die in Sp in Spiegelreflexkameras als Raum für den auf und nieder klappenden Spiegel benötigt wird, zumeist eine kurze und gedrängte Bauweise zwecks besserer Handlichkeit.The well-known wide-angle lenses are usually for projection purposes not suitable. They are generally designed and have for recording purposes in addition to a long focal length, which in sp in single-lens reflex cameras as space for the mirror that flips up and down is needed, usually a short and crowded one Construction for better handiness.

Will man ein solches für Aufnahmezwecke entwickeltes Weitwinkel-Objektiv in umgekehrter Weise als Projektionsobjektiv benutzen, so erweist sich die Lage der Eintrittspupille als nachteilig. Sie bedingt, daß man für eine optimale Ausleuchtung des Dias, bzw. des Bildes auf der Projektionswand, einen speziellen Kondensor benutzen muß.If you want such a wide-angle lens developed for recording purposes use in the opposite way as a projection lens, then the situation turns out the entrance pupil as disadvantageous. It requires that you look for optimal illumination of the slide or the image on the projection screen, use a special condenser got to.

D.h. beim Übergang von einer Projektion mit Normalobjektiv zu einer Projektion mit einem Weitwinkel-Objektiv muß ein Kondensorwechsel vorgenommen werden.I.e. when transitioning from a projection with a normal lens to a When projecting with a wide-angle lens, the condenser must be changed.

Als noch nachteiliger erweist sich die Lage der Austrittspupille, da dieselbe für Projektionszwecke zu nahe an der Objektebene liegt. Dies führt zu erheblicher Vignettierung in der Tubusaufnahme und im Gehäuse des Projektors, aber auch am nach vorne sich verschiebenden Dia-Magazin, so daß mit dieser Büschelbeschneidung der vorgesehene weite Bildwinkel gar nicht erreicht werden kann.The position of the exit pupil proves to be even more disadvantageous, because the same for projection purposes is too close to the Object level lies. This leads to considerable vignetting in the tube holder and in the housing of the Projector, but also on the slide magazine that moves forward, so that with The intended wide angle of view cannot be achieved at all with this clipping can.

Ferner werden Aufnahmeobjektive überwiegend im abgeblendeten Zustand benutzt. Man nimmt deshalb für die volle Öffnung, die ja doch nur selten benutzt wird, einen merklichen Leistungsabfall und eine geringere Randhelligkeit in Kauf.Furthermore, taking lenses are predominantly in the stop-down state used. One therefore takes for the full opening, which is only rarely used will accept a noticeable drop in performance and lower edge brightness.

Projektionsobjektive hingegen arbeiten immer im voll geöffneten Zustand und müssen dabei bereits ihre volle Leistung erbringen, wobei die Randhelligkeit von etwa 40% nicht unterschritten erden sollte, um einen das Auge störenden Licht abfall zu vermeiden, zumal die zu projizierenden Bilder ebenfalls einen Randabfall haben und sich diese beiden Helligkeitsabfälle addieren.Projection lenses, on the other hand, always work when they are fully open and must already perform at their best, with the edge brightness should not fall below about 40% in order to avoid light that is disturbing to the eye Avoid waste, especially since the images to be projected also have edge waste and these two decreases in brightness add up.

Schließlich ist die chromatische Korrektur bei Aufnahmeobjektiven immer auf die spektrale Empfindlichkeit des Filmes abgestimmt. Dagegen ist es bei Projektionsobjektive erforderlich, die chromatische Korrektur sowohl auf die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges als auch a"f die spektrale Verteilung des Lichtes der Pro j ektions lampe abzustimmen.Finally, there is chromatic correction in taking lenses always matched to the spectral sensitivity of the film. On the other hand, it is at Projection lenses required the chromatic correction on both the spectral Sensitivity of the human eye as well as a "f the spectral distribution of the The light of the projection lamp.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Weitwinkel-Objektiv hoher Abbildungsleistung zu entwickeln, welches auf Grund scincr Pupillenlage besonders gut für Projektionszweck geeignet ist.The present invention is based on the object of a wide-angle lens to develop high imaging performance, which is particularly due to the scincr pupil position is well suited for projection purpose.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch ein Objektiv gelöst, das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: Das Objektiv besteht aus acht Gliedern1 die von acht Einzellinsen gebildet werden.According to the invention, this object is achieved by a lens that is characterized by the following features: The lens consists of eight sections1 which are formed by eight individual lenses.

Das Gesamtsystem ist in eine erste, aus vier Gliedern bestehende Linsengruppe A und in zwei aus je zwei Gliedern bestehende Linsengruppen B und C unterteilt.The overall system is made up of a first lens group consisting of four members A and divided into two lens groups B and C each consisting of two members.

Von den acht Gliedern haben drei Glieder negative Brechkräfte und sind zur Objektebene hin durchgebogen, während die übrigen fünf Glieder positive Brechkräfte besitzen und zur Bildebene hin durchgebogen sind, wobei zwei Glieder Menisken und drei Glieder Bikonvexlinsen sind.Of the eight limbs, three have negative refractive powers and are bent towards the object plane, while the remaining five members are positive Have refractive powers and are bent towards the image plane, with two members Menisci and three limbs are biconvex lenses.

Für die Brennweite 1 des Gesamtsystems haben die Brechkräfte der drei Linsengruppen A, B und C in Lichtrichtung in den Grenzen + 10% folgende Werte #A = + 0,785 # + 1,274 f #B = - 0,339 # - 2,946 f = = - 0,077 = - 13,007 f In dem erfundenen Objektiv entspricht die Lage der Eintrittspupille etwa derjenigen in einem normalen Projektionsobjektiv. Daraus resultiert eine optimale Ausleuchtung des Bildes auf der Projektionswand, ohne daß beim Ubergang von der Projektion mit einem Normalobjektiv zur Projektion mit dem erfundenen Objektiv ein Wechsel des Kondensorsystems erforderlich wäre.For the focal length 1 of the overall system, the powers of the three have Lens groups A, B and C in the direction of light within the limits + 10% the following values #A = + 0.785 # + 1.274 f #B = - 0.339 # - 2.946 f = = - 0.077 = - 13.007 f In the position of the entrance pupil corresponds roughly to that of the invented objective in a normal projection lens. This results in optimal illumination of the image on the projection screen without being involved in the transition from the projection a normal lens for projection with the invented lens a change of the Condenser system would be required.

Gleichzeitig ist die Lage der Austrittspupille soweit in Richtung der Bildebene verschoben, daß bis zu einem Bildwinkel von W = 2 x 380.eine Büschelbeschneidung weder im Gehäuse des Projektors noch am Dia-Nagazin erfolgt. Die Strahlenbüschel erreichen daher die äußerste Bildecke, ohne zuvignettieren.At the same time, the position of the exit pupil is so far in the direction shifted along the image plane so that up to an image angle of W = 2 x 380 takes place neither in the housing of the projector nor on the slide magazine. The bundles of rays therefore reach the outermost corner of the image without vignetting.

In voll geöffnetem Zustand 1:2,8 ist das Objektiv absolut vignettierungsfrei. Die Korrektur des Objektivs ist so hoch und die freien Linsendurchmesser sind so groß, daß bei voller Öffnung die Büschelbegrenzung nur durch die Blende erfolgt, womit die theoretisch überhaupt mögliche Randhelligkeit erreicht wird.When fully opened, the f / 2.8 lens is absolutely vignetting-free. The correction of the lens is so high and the free lens diameters are so great that when fully opened the clusters are only limited by the aperture, with which the theoretically possible edge brightness is achieved.

Ein weiterer Vorteil des Objektivs besteht darin, daß die am Stand der Technik gemessene außerordentlich hohe Abbildungsleistung mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Linsen erreicht wird, Diese Linsen haben zudem alle eine fertigungstechnisch günstige geometrische Linsenform mit geringer Toleranzempfindlichkeit.Another advantage of the lens is that the The extraordinarily high imaging performance measured by the technology with a comparatively low number of lenses is achieved, these lenses also have Everyone a geometrical lens shape that is favorable in terms of manufacturing technology and has low tolerance sensitivity.

Letzteres trifft insbesondere für die stärker angcspannte Gruppe A zu. Innerhalb der Linsengruppen sind aber die Brechkräfte weitgehend gleichmäßig auf die einzelnen Glieder verteilt1 was eine übermäßige Anspannung einzelner Linsen und damit enge Toleranzen vermeidet.The latter applies in particular to the more stressed group A. to. However, the refractive powers are largely uniform within the lens groups distributed over the individual limbs1 resulting in excessive tension on individual lenses and thus avoids tight tolerances.

Außerdem sind die bei Retrofocus-Objektiven häufig anzutreffenden dicken Linsen vermieden, die fertigungstechnisch ungünstig sind und einen hohen Glaseinsatz haben, d.h. viel Glas rerbrauchen und das Objektiv schwer machen.In addition, those often found with retrofocus lenses Avoid thick lenses, which are technically unfavorable and a high one Have glass insert, i.e. use a lot of glass and make the lens heavy.

Schließlich bestehen die Linsen alle aus preiswerten Vorzugs -Nass engläs ern.After all, the lenses are all made of inexpensive preferential wet english.

In der Zeichnung ist das erfundene Objektiv in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch das Objektiv (Linsenschnitt), und Fig. 2 die Aberrationskurven des Objektivs auf die Objektebene bezogen.In the drawing, the invented lens is in one embodiment shown. They show: FIG. 1 schematically a cross section through the objective (Lens section), and FIG. 2 shows the aberration curves of the objective on the object plane based.

In Fig. 1 sind die Linsengruppen zusammengefaßt angedeutet und mit A, B und C bezeichnet. Die einzelnen Glieder sind durch die Gruppen mit I - VIII und ihre Flächen sind mit 1 - 16 durchnumeriert.In Fig. 1, the lens groups are summarized and indicated with A, B and C. The individual members are identified by the groups with I - VIII and their areas are numbered 1 - 16.

Ein besonderes Merkmal des erfundenen Objektivs ist es daß die Glieder I, III und V bikonvex sind und im Radienverhältnis die Bedingung 0,4 < r/-r <0,6 erfüllen.A special feature of the invented lens is that the limbs I, III and V are biconvex and the radius ratio is 0.4 <r / -r <0.6 fulfill.

Ein weiteres besonderes Merkmal des Objektivs ist der Aufbau der Gruppe A, deren Glieder in Lichtrichtung die folgenden Brechkraft-Werte haben: #I = + 0,684 # + 1,462 f #II = - 0,701 # - 1,426 f #III = + 0,660 # + 1,515 f #IV = + 0,102 + 9,851 f wobei das erste Glied I bikonvex, das zweite Glied II ein negativer, objektseitig durchgebogener Meniskus, und das dritte Glied III wieder bikonvex ist. Diese drei Glieder haben annähernd die gleiche Brechkraft.Another special feature of the lens is the structure of the group A, the members of which have the following refractive power values in the direction of light: #I = + 0.684 # + 1.462 f #II = - 0.701 # - 1.426 f #III = + 0.660 # + 1.515 f #IV = + 0.102 + 9.851 f where the first link I is biconvex, the second link II is negative on the object side bent meniscus, and the third limb III is again biconvex. These three Links have approximately the same refractive power.

Ihnen folgt in Lichtrichtung als Glied IV ein bildseitig durchgebogener positiver Meniskus mit schwacher Brechkraft, Dieses Glied liefert vor allem Beiträge zur Korrektion von Offnung, Koma und Astigmatismus.They are followed in the direction of light as link IV, which is bent on the image side positive meniscus with weak refractive power, this limb mainly provides contributions to correct aperture, coma and astigmatism.

Der Aufbau dieser Gruppe weicht erheblich von dem der bekannten und vergleichbaren Retrofocus-Weitwinkel-Objektive ab, bei denen zumeist zwei bildseitig durchgebogene Positivlinsen, von denen mindestens die zweite als Meniskus ausgebildet ist, von einer zumeist dickeren Bikonkavlinse gefolgt werden. Ein solcher bekannter Aufbau liefert zwar eine gute Korrektion, ist jedoch sehr toleranzempfindlich, vor allem bezüglich der Linsendicken und Luftabstände, was mit dem erfindungsgemäßen Objektiv in der Gruppe A erheblich verbessert werden konnte.The structure of this group differs considerably from that of the known and comparable retrofocus wide-angle lenses, which usually have two on the image side bent Positive lenses, of which at least the second is designed as a meniscus, from a mostly thicker biconcave lens can be followed. Such a well-known structure Although it provides a good correction, it is very sensitive to tolerances, above all with regard to the lens thicknesses and air gaps, what with the objective according to the invention in group A could be improved considerably.

Die Gruppe B besteht aus dem als Bikonvexlinse ausgebildeten Glied V, gefolgt von dem als einer negativen objektseitig durchgebogenen Menskuslinse ausgebildeten Glied VI. Letzteres hat erheblichen Anteil an der Korrektur von Öffnungsfehler-.und Koma.Group B consists of the limb designed as a biconvex lens V, followed by the menstrual lens bent as a negative object-side trained limb VI. The latter plays a significant role in the correction of opening errors-.and Coma.

Die Gruppe C besteht aus einer bildseitig durchgebogenen positiven Meniskuslinse, die das Glied VII darstellt, gefolgt von einer objektseitig durchgebogenen negativen Meniskuslinse als Glied VIII. Neben der Aufweitung des Strahlenbüschels zu dem geforderten Bildwinkel wird hier der wesentliche Beitrag zur Verzeichnungskorrektur geleistet.Group C consists of a positive that is bent on the image side Meniscus lens, which represents the member VII, followed by a curved lens on the object side negative meniscus lens as link VIII. In addition to the widening of the bundle of rays The essential contribution to distortion correction is made here to the required angle of view done.

Fig.2 zeigt die Kurven der Abbildungsfehler des Objektivs, auf die Objektebene bezogen. Aus ihnen ist der Stand der Abbildungsleistung des Objektivs erkennbar. Dieser Stand muß als sehr hoch angesehen werden, insbesondere wenn man die relativ geringe Linsenzahl und den einfachen Aufbau des Objektivs bedenkt.Fig.2 shows the curves of the aberrations of the lens to which Related to object level. The level of the imaging performance of the lens is derived from them recognizable. This level must be viewed as very high, especially if one Consider the relatively small number of lenses and the simple construction of the lens.

Claims

A n p r ü c h e M 1.) Wide angle projection object iv in retrofocus -Construction characterized by the following features: a the lens consists of eight Limbs (I - VIII), which are formed by eight individual lenses, b the overall system is divided into a first lens group (A) consisting of four members (I-IV) and two subdivided lens groups (B and C) consisting of two members (V-VI or VII-VIII), c of the eight members, three members (II; VI and VIII) have negative refractive powers and are bent towards the object plane, d the remaining five links (I; III; IV; V; VII) have positive refractive powers and are bent towards the image plane, with two Limbs (IV and VII) are Nenisken and three members (I; III and V) are biconvex lenses, e for the focal length 1 of the overall system have the refractive powers of the three lens groups (A; B and C) in the direction of light within the limits + 10% the following values #A = + 0.785 # + 1.274 f = = - 0.339 - 2.946 f #C = - 0.077 # - 13.007 f 2.) Wide-angle projection lens according to claim 1, characterized in that the three bikingvex members (I; III u. V) each have a radius ratio between their first and second surfaces (1/2 -5/6 - 9/10), which satisfies the condition 0.4 <rn / -rn + 1 <0.6.

3.) Ifeitwinkel projection lens according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the members (I - IV) of group (A) within the limits + 10% have the following refractive powers: #I = + 0.684 # + 1.462 f #II = - 0.701 # - 1.426 f #III = + 0.660 # + 1.515 f #IV = + 0.102 + 9.851 f 4.) Wide-angle projection lens according to claims 1 to 3, characterized in that the objective data for the Focal length 1 have the following values in the direction of light within the limits + 10%: f = 1 K = 2.8 angle of view W = 2 x 380 -SF = 1.82 f group area radius distance ne ve 1 1.5264 0.1821 1.69401 54.48 2 -2.8791 0.0583 3 - 1.1585 0.0729 1.85504 23.64 A 4 -23.7454 .0.0729 5 -1-, 1428 0.1494 1.51872 63.96 6 - 2.4044 0.0583 7 0.8379 0.2259 1.56605 60.55 8 0.8900 0.3607 9 2.0616 0.3242 1.65222 33.60 B 10 - 4.3370 0.1056 11 - 0.4845 0.2987 1.68083 54.93 12 - 1.5481 0.4918 13 2.7190 0.3024 1.68637 44.23 14 5.9899 0.7395 c 15 - 1.3557 0.1967 1.52458 59.22 16 - 4.1987