DE3833946A1 - Optical imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Abbildungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical imaging system according to the Preamble of claim 1.
Bekannte Abbildungssysteme der genannten Art (US-PS 21 06 077; 21 71 641; 26 83 368; 30 05 379) zeigen gute Abbildungsleistungen bei verhältnismäßig kleinen Brennweiten f, nämlich unter etwa f=50 mm, nicht zu großen relativen Öffnungen bis zu etwa 2,4 und normalen Bildwinkeln bis zu etwa 30°. Die mittlere Bildfeldkrüm mung ist noch verhältnismäßig groß. Dies stört bei Verwendung als Aufnahmeobjektiv, bei der ein ebenes Aufnahmebild (normalerweise auf einem Film) erwünscht ist. Zwar kann man den Öffnungsfehler so korrigieren, daß bei einer gegebenen relativen Öffnung, zum Beispiel voller Öffnung, das Bildfeld ungefähr plan ist, doch stört dann die Erscheinung, daß bei anderen relativen Öffnungen der Bildort über eine zulässige Toleranz hinaus verschoben ist. Known imaging systems of the type mentioned (US-PS 21 06 077; 21 71 641; 26 83 368; 30 05 379) show good imaging performance with relatively small focal lengths f , namely below about f = 50 mm, not too large relative openings up to about 2.4 and normal angles of view up to about 30 °. The mean curvature of field is still relatively large. This interferes with use as a recording lens, in which a flat recording image (usually on a film) is desired. Although the aperture error can be corrected in such a way that the image field is approximately flat for a given relative aperture, for example full aperture, the phenomenon that the image location is displaced beyond a permissible tolerance for other relative apertures is disturbing.
Weitere Probleme bestehen bei diesen Abbildungssystemen darin, daß sich am Bildrand ein Farbfehler bemerkbar macht. Schließlich zeigt sich störend, daß die Abbildungsleistung bei Verwendung als Projektionsobjektiv schlechter ist. Das gilt besonders bei der Projektion des neuerdings bevorzugten 70 mm - Kinofilms.Further problems with these imaging systems are that a color error is noticeable at the edge of the picture. In the end shows disturbingly that the imaging performance when used as Projection lens is worse. This is especially true with the Projection of the recently preferred 70 mm film.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Abbil dungssystem der genannten Art zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln eine bessere Abbildungsleistung insbesondere bei großer relativer Öffnung und großem Bildfeld, wie es für den 70 mm- Kinofilm typisch ist, erzielt wird, und das ohne weiteres für die Verwendung als Aufnahmeobjektiv oder als Projektionsobjektiv ausgelegt werden kann.The present invention is based on the object of a Fig Creation system of the type mentioned, in which with simple Means a better imaging performance especially at large relative aperture and large field of view, as is the case for the 70 mm Motion picture is typical, is achieved, and easily for the Use as a taking lens or as a projection lens can be interpreted.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit dem Abbildungssystem nach dem Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved with the imaging system solved according to claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystem ist im Vergleich zu den genannten vorbekannten Systemen insbesondere durch die Wahl anderer Brechzahlen erreicht, daß in einem sehr breiten mittleren Teilbereich des sichtbaren Spektrums die Schnittweite und die Brennweite annähernd konstant sind. Die Bedingung der Apochromasie ist nicht nur für einzelne Wellenlän gen, sondern über einen großen Wellenlängenbereich erfüllt; außerhalb dieses Bereichs liegen die Abweichungen innerhalb bekannter nutzbarer Toleranzen.In the optical imaging system according to the invention, im Compared to the previously mentioned systems in particular by choosing other refractive indices that achieved in a very the broad middle subrange of the visible spectrum Back focus and the focal length are approximately constant. the The condition of apochromatism is not only for individual wavelengths gen, but fulfilled over a wide range of wavelengths; outside of this range, the deviations are within known usable tolerances.
Ferner sind bei dem erfindungsgemäßen Abbildungssystem die Öff nungsfehler nicht nur für eine Grundwellenlänge kompensiert, sondern im wesentlichen über das ganze sichtbare Spektrum.Furthermore, in the imaging system according to the invention, the Publ voltage errors are not only compensated for one fundamental wavelength, but essentially across the entire visible spectrum.
Des weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Abbildungssystem der Astigmatismus weitgehend behoben, und zwar auch für große Brenn weiten zum Beispiel 60 bis 100 mm, und große Bildwinkel, insbe sondere für die Bedingungen bei der Projektion von 70 mm-Kino filmen.Furthermore, in the imaging system according to the invention, the Astigmatism largely resolved, even for large focal wide for example 60 to 100 mm, and large image angles, esp special for the conditions when projecting 70 mm cinema film.
Insgesamt zeigt das erfindungsgemäße optische Abbildungssystem ein ganz erheblich besseres Auflösungsvermögen als die vorbekann ten Systeme der eingangs genannten Art; überdies gilt dies, wie schon gesagt, über einen breiten Wellenlängenbereich.Overall, the optical imaging system according to the invention shows a considerably better resolution than that previously known ten systems of the type mentioned above; moreover, this applies how already said, over a wide range of wavelengths.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist es vorteilhaft, daß ein Satz von mehreren Projektionsobjektiven für verschiedene Brennweiten (wie sie wegen der unterschiedlichen Abmessungen von Vorführräumen erforderlich sind) aus denselben Materialsorten (im allgemeinen Glassorten) hergestellt werden kann. Das vereinfacht und verbilligt die Fertigung.For the production of the imaging system according to the invention is it is advantageous that a set of several projection lenses for different focal lengths (as they are because of the different Dimensions of screening rooms are required) from the same Types of material (generally types of glass) are produced can. This simplifies and makes production cheaper.
In Ausgestaltung der Erfindung hat sich der besondere Vorteil gezeigt, daß die Bildfeldwölbung durch Einstellung der Brechzahl des ersten Gliedes einstellbar ist. Der Fachmann kann somit nur durch Verändern des Materials des ersten Gliedes eine gewünschte Bildfeldwölbung einstellen. Auf diese Weise kann insbesondere für die Verwendung als Projektionsobjektiv eine Bildfeldwölbung eingestellt werden, die eine im Projektionsbetrieb auftretende Krümmung eines zu projizierenden Filmes kompensiert. In ent sprechender Weise kann bei Auslegung als Aufnahmeobjektiv (für Aufnahmen auf ebenem Film) eine Bildfeldwölbung ganz vermieden werden.In an embodiment of the invention, there is a particular advantage shown that the curvature of field by adjusting the refractive index of the first link is adjustable. The expert can only by changing the material of the first link a desired one Adjust the curvature of field. In this way, especially for the use as a projection lens a field curvature can be set, the one occurring in the projection mode Compensates for the curvature of a film to be projected. In ent In a meaningful way, when designed as a taking lens (for Recordings on flat film), a field curvature is avoided entirely will.
Das erfindungsgemäße Abbildungssystem bietet den weiteren wichti gen Vorteil, daß bei Auslegung als Aufnahmeobjektiv mit verstell barer Blende und ebener Aufnahmefläche der Öffnungsfehler und die Bildfeldwölbung mit bekannten Methoden der Variation von Radien und Mitteldicken der Glieder derart aufeinander abgestimmt werden können, daß der Bildort bei Veränderungen der Blendeneinstellung konstant bleibt.The imaging system according to the invention offers the further important gen advantage that when designed as a taking lens with adjustable diaphragm and flat surface of the opening errors and the Field curvature with known methods of varying radii and mean thicknesses of the links are matched to one another in this way can that the picture location when changing the aperture setting remains constant.
Besonders brauchbare erfindungsgemäße Abbildungssysteme entspre chen den Ansprüchen 5 bis 7. Diese Ausführungsformen sind außer dem in den beigefügten Figuren graphisch erläutert.Particularly useful imaging systems according to the invention correspond Chen claims 5 to 7. These embodiments are except which is graphically explained in the accompanying figures.
Fig. 1.1 bis 1.4 zeigen für das Abbildungssystem nach Anspruch
5, das als Aufnahmeobjektiv mit einem Bildfeld von 22×18,7 mm
mit einem Halbbildwinkel von 13,4° geeignet ist, folgende Kurven:
1.1. Änderung der Schnittweite s′ und der Brennweite f′ in
Abhängigkeit von der Licht-Wellenlänge λ. Man er
kennt, daß in einem großen mittleren Wellenlängenbe
reich von etwa 460 bis 630 nm die Schnittweite und die
Brennweite im wesentlichen konstant sind.
1.2. Öffnungsfehler in der Farbe d = 587,56 nm in Abhängig
keit von der Bildhöhe H. Man erkennt, daß eine optima
le Korrektion erreicht ist und der maximale Öffnungs
fehler nur 0,06 mm beträgt. Dies ist gleich 6λ/sin2 u′
(u′= halber Öffnungswinkel).
1.3. Sagittale (S) und meridionale (M) Bildfeldwölbung
in Abhängigkeit von dem Halbbildwinkel W bei einer
Eintrittspupille E p von 37 mm. Auf der rechten Seite
des Diagramms ist die Verzeichnung V des optischen
Systems in % dargestellt.
1.4. Modulationsübertragungsfunktion MTF in Abhängigkeit
vom Halbbildwinkel W. Die ausgezogene und die gestri
chelte Linie stellen die meridionale beziehungsweise
sagittale Übertragungsfunktion bei 30 Perioden/mm für
die Grundfarbe d = 587,56 nm dar. Man erkennt, daß der
mittlere Wert der MTF auf dem ganzen Bildfeld mehr als
60% beträgt. In derselben Figur zeigen die punktierte
und die strichpunktierte Linie die entsprechenden
MTF-Werte für ein Farbgemisch mit der Gewichtung
d = 2, c = 1 und F = 1 (d = 587,56 nm, c = 656,27 nm,
F = 486,13 nm). Man erkennt, daß die in Fig. 1.1
dargestellte gute Farbkorrektion sich hier in einem
hohen Wert dieser Farbgemisch-Übertragungsfunktion
widerspiegelt; die Abweichung von der Grundfarbenkurve
ist nicht größer als etwa 5%. Figure 1.1 to 1.4 show for the imaging system according to claim 5 mm as a photographing lens with an image field of 22 × 18.7 with a field angle of 13.4 ° suited following curves.:
1.1. Change of the back focal length s 'and the focal length f ' as a function of the light wavelength λ . It is known that the back focal length and the focal length are essentially constant in a large mean Wellenlängenbe rich from about 460 to 630 nm.
1.2. Aperture error in the color d = 587.56 nm as a function of the image height H. It can be seen that an optimal correction has been achieved and the maximum opening error is only 0.06 mm. This is equal to 6 λ / sin 2 u ' (u' = half the opening angle).
1.3. Sagittal ( S ) and meridional ( M ) field curvature as a function of the field angle W with an entrance pupil E p of 37 mm. On the right-hand side of the diagram, the distortion V of the optical system is shown in%.
1.4. Modulation transfer function MTF as a function of the field angle W. The solid and dashed lines represent the meridional and sagittal transfer functions at 30 periods / mm for the basic color d = 587.56 nm. It can be seen that the mean value of the MTF over the entire image field is more than 60%. In the same figure, the dotted and dash-dotted lines show the corresponding MTF values for a color mixture with the weighting d = 2, c = 1 and F = 1 ( d = 587.56 nm, c = 656.27 nm, F = 486 , 13 nm). It can be seen that the good color correction shown in FIG. 1.1 is reflected here in a high value of this color mixture transfer function; the deviation from the basic color curve is no greater than about 5%.
Fig. 2.1 bis 2.4 zeigen für das Abbildungssystem nach Anspruch 6 Kurven, die denjenigen der Fig. 1.1 bis 1.4 entsprechen. Hier beträgt jedoch der Halbbildwinkel W = 18,2°; das bedeutet, daß das Abbildungssystem als Projektionsobjektiv für 70 mm- Kinofilm mit einen Filmbildformat von 48,6×22 mm verwendbar ist. FIGS. 2.1 to 2.4 show curves for the imaging system according to claim 6 which correspond to those of FIGS. 1.1 to 1.4. Here, however, the field angle W = 18.2 °; this means that the imaging system can be used as a projection lens for 70 mm cinema film with a film image format of 48.6 × 22 mm.
Fig. 2.3 zeigt, daß das Abbildungssystem eine Bild feldkrümmung von etwa 0,2 mm hat. Dies ist ein gewollt eingestellter Wert, weil dadurch die im Projektionsbe trieb auftretende Krümmung des projizierten Films kompensiert wird. Weiter ist zu erkennen, daß der Astigmatismus vernachlässigbar ist. Fig. 2.3 shows that the imaging system has an image field curvature of about 0.2 mm. This is a deliberately set value because it compensates for the curvature of the projected film that occurs in the projection mode. It can also be seen that the astigmatism is negligible.
Fig. 2.4 zeigt, daß der mittlere Wert der Modula tionsübertragungsfunktion (MTF) für das gleiche Farbge misch wie nach Fig. 1.4 über das ganze Bildfeld größer als 65% ist. Dies war bisher nicht erreichbar. Fig. 2.4 shows that the mean value of the modulation transfer function (MTF) for the same color mixture as in Fig. 1.4 is greater than 65% over the entire image field. This has not previously been achievable.
Fig. 3.1 bis 3.4 erläutern das Abbildungssystem nach Anspruch 7 in der gleichen Weise wie bei Fig. 1.1 bis 1.4. Fig. 3.1 to 3.4 illustrate the imaging system according to claim 7 in the same manner as in Fig. 1.1 to 1.4.
Fig. 3.1 entspricht Fig. 1.1. Fig. 3.1 corresponds to Fig. 1.1.
Fig. 3.2 entspricht Fig. 1.2, jedoch ist der Öff nungsfehler für alle 3 Grundfarben d, c, F dar gestellt. Man erkennt ohne weiteres, daß für alle Farben der Öffnungsfehler mit derselben Qualität korrigiert ist. Besonders vorteilhaft ist, daß die Kurven untereinander einen kleineren Abstand haben als die für eine Kurve erlaubte Toleranz. Fig. 3.2 corresponds to Fig. 1.2, but the opening error for all 3 basic colors d , c , F is provided. It can readily be seen that the opening error is corrected with the same quality for all colors. It is particularly advantageous that the curves are spaced apart from one another by a smaller distance than the tolerance permitted for a curve.
Fig. 3.3 entspricht Fig. 1.3 und zeigt, daß bei dem Abbildungssystem kein Astigmatismus vorliegt. Nur am äußersten Bildrand ist eine astigmatische Abweichung in der Größenordnung 0,05 mm vorhanden. Auch dieses Abbildungssystem ist für die Verwendung als Projek tionsobjektiv für 70 mm-Kinofilm mit 68 mm Brennwei te und einem Halbbildwinkel W = 21,42° ausgelegt und deshalb zur Kompensation der im Projektionsbetrieb auftretenden Filmkrümmung mit einer Bildfeldwölbung von 0,2 mm versehen. FIG. 3.3 corresponds to FIG. 1.3 and shows that there is no astigmatism in the imaging system. An astigmatic deviation on the order of 0.05 mm is only present at the outermost edge of the image. This imaging system is also designed for use as a projection lens for 70 mm cinema film with a 68 mm focal length and a field angle of W = 21.42 ° and is therefore provided with a field curvature of 0.2 mm to compensate for the curvature of the film that occurs during projection operation.
Fig. 3.4 entspricht Fig. 1.4 und zeigt, daß auch bei der dargestellten Auslegung für ein extrem großes Bildfeld (70 mm-Kinofilm, 68 mm Brennweite) die mittlere Modulationsübertragungsfunktion (MTF) größer als 50% ist bei 30 Perioden/mm. Fig. 3.4 corresponds to Fig. 1.4 and shows that the mean modulation transfer function (MTF) is greater than 50% at 30 periods / mm for an extremely large image field (70 mm cinema film, 68 mm focal length), too.
Claims (7)
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- 1988-10-05 DE DE19883833946 patent/DE3833946C2/en not_active Expired - Fee Related
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