DE3816758A1 - Linsenanordnung zur verwendung in einem schreibprojektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Linsenanordnung zur Verwendung in einem Schreibprojektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Projektionsobjektive für Schreibprojektoren können vielfältige Formen annehmen. Bei der heute am häufigsten anzutreffenden handelt es sich um einen Zweilinser mit zwei beabstandeten positiven Meniskuslinsen, von denen eine das Licht auf einen Reflektorspiegel richtet und die andere das Licht vom Spiegel auffängt, um ein Bild von einer unter dem Projek­ tionsobjektiv befindllichen Vorlagenbühne auf eine vertikale Projektionsfläche (Bildschirm) zu projizieren. Das proji­ zierte Bild wird scharf eingestellt, indem man das Projek­ tionsobjektiv relativ zu der Bühne bewegt, auf die das zu projizierende Durchsichtbild gelegt ist. Herkömmliche zwei­ elementige Projektionsobjektive sind beispielsweise in den US-PS 31 26 786 und 33 34 957 gezeigt und beschrie­ ben.

Herkömmliche Projektionsobjektive wie die in den genannten Patenten beschriebenen umfassen einen Brennweitenbereich von etwa 275 bis 335 mm. Für den Vergrößerungsbereich, für den die Projektionsobjektive dieser Art eingesetzt werden, erhält man eine Projektionsentfernung, bei der der Schreibprojektor wenige Meter vom Bildschirm entfernt steht. Bei einem typischen Projektionsobjektiv mit einer Brennweite von 350 mm und 5,7facher Vergrößerung beträgt der Abstand zwischen Projektor und Bildschirm zwischen 2,1 m und 2,4 m.

Für zahlreiche Raum- und Zuhörer-Anordnungen wird bei diesem Abstand zwischen Projektor und Bildschirm letzterer vom Projektor und dem Vortragenden teilweise verdeckt. Eine bessere Anordnung ließe sich erreichen, wenn man den Vortragenden und den Projektor seitlich vor den Zuhörern und den Bildschirm weiterhin etwa zentrisch zu letzteren aufstellen könnte. Alle Zuhörer hätten dann einen freien Blick auf den Bildschirm, der Vortragende außerdem den Blickkontakt zu ihnen. Hierzu muß jedoch die Projektionsentfernung vom Projektor zum Bild­ schirm auf das etwa Anderthalbfache des normalen Abstands vergrößert werden, ohne auch das Projektionsbild zu vergrößern.

Diese größere Projektionsentfernung erfordert ein Projek­ tionsobjektiv längerer Brennweite als die herkömmliche Zwei­ linsen-Anordnung. Für eine Projektionsentfernung von beispielsweise 3,4 m bis 3,7 m bei 5,67facher Vergrößerung müßte die Brennweite des Projektionsobjektivs etwa 525 mm betragen. Bei der in Schreibprojektoren normalerweise eingesetzten Objektivart ergäbe diese längere Brennweite eine um etwa 60% verlängerte Schnittweite. Die Projektionslinsenanordnung ist dann mit dem normalen Scharfeinstellbereich für Schreibpro­ jektoren und auch mit der Brennweite der Fresnel-Kondenser­ linse, die ein Schreibprojektor normalerweise enthält, nicht mehr kompatibel. Um dieses Problem zu lösen, hat man Schreibprojektoren mit längerer Fokussierpfosten und Fresnel- linsen längerer Brennweite ausgeführt. Diese Projektoren sind jedoch im allgemeinen voluminös und schwierig zu transportieren und erfordern Projektionslinsen mit erheblichem Durchmesser.

Die US-PS 43 50 415 zeigt einen Versuch, die Projektionsentfernung eines herkömmlichen zweilinsigen Projektionsobjektivs durch Hinzufügen einer positiven und einer negativen Meniskus- Hilfslinse zu verlängern, die dessen Brennweite von 355 mm auf 530 mm vergrößern. Mit einem Telephoto-Verhältnis ("telephoto ratio") von 0,87 bei 5,7facher Vergrößerung wird die Schnittweite bei einer Projektionsentfernung von etwa 3,6 m auf etwa 388 mm verringert. Die Schnittweite ist aber immer noch nicht mit herkömmlichen Projektoren für kleinere Bildschirme verträglich. Diese Objektivanordnungen ist daher für derartige Schreibprojektoren nicht über deren gesamten Arbeitsbereich einsetzbar. Darüberhinaus führt die Verwendung von Meniskus-Hilfslinsen der gleichen dispersiven Glasart wie für herkömmliche Projektionslinsen zu chromatischen Aberrationen und damit zur Farbsaumbildung im Projektionsbild.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 4-Element-Projektionsobjektiv langer Brennweite zum Einsatz mit herkömmlichen Schreibprojektoren. Das Objektiv besteht aus zwei Gruppen von jeweils zwei Linsen, die von einem Umlenkspiegel getrennt sind. Dieses Projektionsobjektiv erlaubt eine größere Pro­ jektionsentfernung zwischen dem Objektiv und dem Bildschirm, während im wesentlichen die gleiche Schnittweite wie bei 2- Element-Projektionsobjektiven für Schreibprojektoren erhalten bleibt, und weist insbesondere (in der Reihenfolge von der Vorlagenbühne des Schreibprojektors zum Bildschirm) eine erste negative Meniskuslinse, eine von dieser luftbeabstandete erste positive doppeltkonexe Linse, eine von letzterer luftbeabstandete zweite negative Meniskuslinse und eine mit dieser in Berührung stehende zweite positive doppeltkonvexe Linse auf. Die Linsenanordnung hat eine Brennweite von 525 mm, eine Schnittweite von etwa 350 mm bei 5,7facher Vergrößerung und eine Projektionsentfernung von etwa 3750 mm.

Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv weist weiterhin einen zwischen der ersten positiven doppeltkonvexen Linse und der zweiten negativen Meniskuslinse liegenden Spiegel auf, um den Lichtweg aus der Vertikalen in die Horizontale umzulenken, und verwendet zur Farbkorrektor des Projektionsbildes Gläser gewählter Dispersion (entsprechend dem Dispersionsindex bzw. der Abbe-Zahl der Linsen).

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung aus­ führlicher erläutert werden, die schaubildlich eine erfin­ dungsgemäß aufgebaute Projektionslinsenanordnung zeigt.

Die Figur zeigt eine kompakte Projektionslinsenanordnung zum Einsatz in einem Schreibprojektor, die ein Umlenken des Pro­ jektionslichtes aus dem von der Vorlagenbühne kommenden ver­ tikalen Weg in den horizontalen Weg zum abgesetzt aufgestellten Bildschirm gestattet. Die erfindungsgemäße Linsenan­ ordnung ist vorzugsweise so gelagert, daß die sich entlang des vertikalen Teils der optischen Achse zur Bühne hin und von ihr weg bewegen läßt. Die in der Figur gezeigte Projekt­ tionslinsenanordnung weist eine erste negative Meniskuslinse 1, eine von dieser luftbeabstandete erste positive doppelt­ konvexe Linse 2, eine von dieser luftbeabstandete zweite negative Meniskuslinse 3 und eine mit letzterer in Berührung stehende zweite positive doppeltkonvexe Linse 4 auf. Zwischen der ersten positiven doppeltkonvexen Linse 2 und der zweiten negativen Meniskuslinse 3 befindet sich ein Planspiegel 5, der so gerichtet ist, daß er durch die Vorlagenbühne fallendes Licht aus der Vertikalen in die Horizontale umlenkt und auf den Bildschirm projiziert. Die optische Achse des durch die Linsenanordnung fallenden Lichts ist durch die Linie 6 angedeutet.

Der Spiegel 5 und die Linsen 3, 4 sind bewegbar, um das Pro­ jektionsbild auf dem Bildschirm auf- und abkippen zu können, und zwar in einer bekannten Gelenkanordnung, infolge der die Linsen 3, 4 mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit des Spiegels 5 schwenken.

Eine erste spezielle Ausführungsform der Linsenanordnung der Fig. 1 ist unten in der Tabelle 1 zusammengefaßt, die für die einzelnen Linsen die entsprechenden Brechungsindizes N für die Linie D des Spektrums, die Dispersionsindizes oder Abbe- Zahlen V und die Krümmungsradien der Flächen angibt. Die je­ weiligen Flächen sind aufeinanderfolgend durchnumeriert und in der gleichen Reihenfolge wie die Linsen indiziert. Die Numerierung erfolgt von der Vorlagenbühne zum Bildschirm, wobei die Plus- und Minuswerte von R für die für auf die Vor­ derfläche (der Vorlagenbühne am nächsten liegenden Fläche) der Linse fallendes Licht konvexen bzw. konkaven Flächen gelten. Die axiale Dicke T der Linsen und der Luftabstand S zwischen ihnen sind ebenfalls angegeben, wobei der Dickenwert T für jede Linse durch den entsprechenden Index und die Luftabstände S zwischen den Linsen ebenfalls durch Indizes gekennzeichnet sind, die in der gleichen Reihenfolge wie die Linsen durchnumeriert sind. Die Werte der Radien R, Dicken T und Ab­ stände S sind in Millimetern angegeben.

Tabelle 1

Für die mit den Parametern der Tabelle 1 beschriebene Linsen­ anordnung hat die Linse 1 eine äquivalente Brennweite von -184,37 mm und einen Nenndurchmesser von 100 mm, die Linse 2 eine äquivalente Brennweite von 332,32 mm und einen Nenn­ durchmesser von 95 mm, die Linse 3 eine äquivalente Brenn­ weite von -268.44 mm und einen Nenndurchmesser von 65 mm und die Linse 4 eine äquivalente Brennweite von 159,58 mm und einen Nenndurchmesser von 75 mm. Die Linsenanordnung hat eine Brennweite von 525,09 mm, eine Gesamtlänge von 167,80 mm, einen (back focus distance) bei 5,71facher Vergrößerung von 351,35 mm, eine Projektionsentfernung bei 5,71facher Vergrößerung von 3752 mm und ein Televerhältnis (definiert als die durch die Brennweite dividierte Summe aus der Länge und der Schnittweite der Linsenanordnung) von 0,81.

Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Linsen­ anordnung ist in der Tabelle 2 angegeben, in der die Größen­ definitionen und die Numerierungskonventionen denen der Tabelle 1 entsprechen.

Tabelle 2

Die mit den Werten der Tabelle 2 definierte Linsenanordnung hat eine Brennweite von 524,63 mm, eine Gesamtlänge von 164,30 mm und ein Telephoto-Verhältnis von 0,81. Für die Linsen 1 bis 4 betragen die äquivalente Brennweiten (in dieser Reihenfolge) -179,47 mm, 339,59 mm, -272,08 mm bzw. 157,15 mm; die Nenndurchmesser sind die gleichen wie für die entsprechenden Linsen der Tabelle 1. Die Projektionsentfernung bei 5,71facher Vergrößerung der mit den Parametern der Tabelle 2 definierten Linsenanordnung beträgt 3757 mm, deren Schnittweite 350,14 mm.

Wird - wie bei der vorliegenden Erfindung - eine Anzahl Linsen hintereinandergeschaltet, tritt als verbreitetes Problem die Farbsaumbildung des Projektionsbildes infolge der gleichen Dispersionsindizes der zur Herstellung der Linsen verwendeten Gläser auf. Dabei bezeichnet die Dispersion eines Glases dessen Eigenschaft, Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterschiedlich stark zu brechen. Sie gilt als hoch, wenn die Änderung der Brechung mit der Wellenlänge stark ist, bzw. als niedrig, wenn unterschiedliche Wellenlängen etwa gleichstark gebrochen werden. In den Tabellen 1 und 2 ist ersichtlich, daß relativ zu der der ersten negativen Menis­ kuslinse 1 und der zweiten positiven doppeltkonvexen Linse 4 die Dispersion (gekennzeichnet anhand des Dispersionsindex bzw. der Abbe-Zahl V) der ersten positiven doppeltkonvexen Linse 2 und die der zweiten negativen Meniskuslinse 3 hoch ist. Diese Anordnung von Linsen mit unterschiedlichen Dis­ persionseigenschaften führt zu einer Beseitigung oder mindestens erhebliche Schwächung der Farmsäume.

Claims (8)

1. Linsenanordnung zur Verwendung in einem Schreibprojektor, mit dem ein Bild von einer Vorlagenbühne auf einen Bild­ schirm projiziert werden kann, wobei die Linsenanordnung eine vergrößerte Projektionsentfernung zwischen der Linsenanordnung und dem Bildschirm ergibt, aber im wesentlichen die gleiche Schnittweite wie eine 2-Element-Projektionslinsenanordnung für Schriebprojektoren beibehält, dadurch gekennzeichnet, daß sie von der Vorlagenbühne zum Bildschirm gezählt eine erste negative Meniskuslinse (1), luftbeabstandet zu dieser eine erste positive doppeltkonvexe Linse (2), luftbeabstandet zu dieser eine zweite negative Meniskuslinse (3) und eine mit letzterer in Berührung stehende zweite positive doppeltkonvexe Linse (4) aufweist.

2. Linsenanordnung zur Verwendung in einem Schreibprojektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet weiterhin durch einen Spiegel (5), der zwischen der ersten positiven doppeltkonvexen Linse (2) und der zweiten negativen Meniskuslinse (3) angeordnet ist und den durch die Linsenanordnung verlaufenden Lichtweg umlenkt.

3. Linsenanordnung zur Verwendung in einem Schreibprojektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Telephoto-Verhältnis (definiert als die durch die Brennweite dividierte Summe der Länge der Lindenanordnung und deren Schnittweite von etwa 0,81.

4. Linsenanordnung zur Verwendung in einem Schreibprojektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Farbkorrektur des mit ihr projizierten Pro­ jektionsbildes die erste positive doppeltkonvexe Linse (2) und die zweite negative Meniskuslinse (3) eine relativ zu der der ersten negativen Meniskuslinse (1) und der der zweiten positiven doppeltkonvexen Linse (4) hohe Dispersion (gemessen mit der Abbe-Zahl der Linsen) aufweisen.

5. Linsenanordnung zur Verwendung in einem Schreibprojektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Eigenschaften und eine räumliche Zuordnung der Linsen im wesentlichen nach folgender Tabelle:

wobei die jeweiligen Linsen in der ersten Spalte von der Vor­ lagenbühne zum Bildschirm durchnumeriert sind und die zweite Spalte die entsprechenden Brechungsindizes N für die Linie D des Spektrums, die dritte Spalte die entsprechenden Disper­ sionsindizes V und die vierte Spalte die Krümmungsradien R der entsprechenden Oberflächen angeben, die jeweiligen Ober­ flächen in der gleichen Reihenfolge wie bei den Linsen durch­ numeriert und jeweils mit einem Zahlenindex identifiziert sind und positiv bzw. negative R-Werte für Flächen gelten, die für von der Vorlagenbühne her auf die Linse fallende Strahlung konvex bzw. konkav sind, und wobei weiterhin die fünfte Spalte die axiale Dicke T des jeweiligen Linsenelements sowie die Luftabstände S zwischen ihnen angibt und die Dicken T und die Luftabstände S zwischen den Linsen durch entsprechend der Reihenfolge der Linse durchnumerierte Indizes identifiziert und die Größe R, T und S in Millimetern ausgedrückt sind.

6. Linsenanordnung zur Verwendung in einem Schreibprojekttor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Eigenschaften und eine räumliche Zuordnung der Linsen im wesentlichen nach folgender Tabelle:

wobei die jeweiligen Linsen in der ersten Spalte von der Vor­ lagenbühne zum Bildschirm durchnumeriert sind und die zweite Spalte die entsprechenden Brechungsindizes N für die Linie D des Spektrums, die dritte Spalte die entsprechenden Disper­ sionsindizes V und die vierte Spalte die Krümmungsradien R der entsprechenden Oberflächen angeben, die jeweiligen Ober­ flächen in der gleichen Reihenfolge wie bei den Linsen durch­ numeriert und jeweils mit einem Zahlenindex identifiziert sind und positive bzw. negative R-Werte für Flächen gelten, die für von der Vorlagenbühne her auf die Linse fallende Strahlung konvex bzw. konkav sind, und wobei weiterhin die fünfte Spalte die axiale Dicke T des jeweiligen Linsenelementes sowie die Luftabstände S zwischen ihnen angibt die Dicken T und die Luftabstände S zwischen den Linsen durch entsprechend der Reihenfolge der Linse durchnumerierte Indizes identifiziert und die Größe R, T und S in Millimetern ausgedrückt sind.