DE3843981A1 - Linsenanordnung zur verwendung in einem ueberkopfprojektor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linsenaufbau zur Verwendung in einem Überkopfprojektor und insbesondere eine Projektionslinse für Überkopfprojektoren.

Überkopfprojektoren dienen dazu, ein vergrößertes Abbild eines photographischen Durchlichtbildes oder einer anderen Vorlage auf einen Projektionsschirm zu werfen. Im allgemeinen haben sie ein Gehäuse mit einer Lichtquelle und zugehörigen optischen Elementen. Die Lichtquelle richtet einen vertikalen Lichtstrahl aufwärts durch eine transparente Platte bzw. Vorlagenbühne auf der Gehäuseoberseite. Bei herkömmlichen Überkopfprojektoren be­ findet sich im Gehäuse unter der Vorlagenbühne eine Fresnel- Kondenserlinse, die das durch die Vorlage fallende Licht der Lichtquelle auf einer über der Vorlagenbühne befindliche Pro­ jektionslinse sammelt.

Herkömmliche Überkopfprojektoren weisen weiterhin einen Projek­ tionskopf auf, der die Projektionslinsenanordnung trägt. Dieser Projektionskopf sitzt an einem Ausleger, der auf einem vom Ge­ häuse aufwärts vorstehenden vertikalen Pfosten verschiebbar ist. Bei der üblichsten Form einer Überkopf-Projektionslinse handelt es sich um einen 2-Element-Aufbau mit zwei beabstande­ ten Meniskuslinsen, von denen eine Licht auf einen Spiegel wirft und die andere das Licht vom Spiegel aufnimmt und ein Bild auf einen vertikalen Bildschirm wirft. Das Projektionsbild wird durch Verschieben der Projektionslinsenanordnung relativ der Vorlagenbühne scharf eingestellt, auf die das zu projizie­ rende Durchlichtbild aufgelegt wird. Herkömmliche 2-Element- Projektionslinsen sind u.a. in den US-PSn 31 26 786 sowie 33 34 957 gezeigt und beschrieben.

Herkömmliche Projektionslinsen für Überkopfprojektoren haben eine Brennweite im Bereich von 275 mm bis 355 mm. Die Brenn­ weite der Projektionslinse bestimmt sich nach dem gewünschten Vergrößerungsfaktor und dem Abstand zwischen Projektor und Bildschirm. Für den Vergrößerungsbereich, innerhalb dem derar­ tige Projektionslinsen Einsatz finden, muß der Projektionsab­ stand zwischen dem Überkopfprojektor und dem Bildschirm mehrere Meter betragen, damit das Projektionsbild groß genug und lesbar ist. Bei einer Projektionslinse mit einer Brennweite von 350 mm und 5,7facher Vergrößerung ist der Projektor zwischen 2,1 m und 2,4 m (7 bis 8 ft.) vom Bildschirm entfernt.

Dieser Projektionsabstand ist aber oft für kleinere Konferenz­ räume zu groß und läßt dort den erforderlichen Abstand zwischen dem Vortragenden und den Zuhörern nicht zu. Dieser Abstand zwi­ schen Projektor und Bildschirm kann auch dazu führen, daß er­ sterer vom Projektor und/oder dem Vortragenden teilweise ver­ deckt wird. In bestimmten Fällen ist es daher erwünscht, den Überkopfprojektor näher am den Bildschirm anordnen zu können.

Eine "Weitwinkel"-Projektionslinse mit kürzerer Brennweite ist ein Versuch, den Projektionsabstand bei gleichem Vergrößerungs­ faktor zu verkürzen. Die brauchbarsten Linsen für diese Anwen­ dung haben Brennweiten im Bereich von 235 mm bis 245 mm. Bei ihnen ist aber auch die rückseitige Brennweite, d.h. der Ab­ stand zwischen der Durchsichtvorlage und dem Mittelpunkt des unteren Linse geringer. Diese Linsenart ist nicht mit dem für herkömmliche Überkopfprojektoren erforderlichen Einstellbereich der Brennweite verträglich, denn der Fokussierpfosten des Pro­ jektors muß erheblich verkürzt und eine spezielle Fresnel-Kon­ denseroptik verwendet werden. Noch wichtiger ist, daß das Sichtfeld von Linsen dieser Art die volle Abbildung einer Vor­ lage der Normgröße DIN A4 - einschl. aller Randbereiche - nicht mehr zuläßt.

Ein Weg zur Vergrößerung des Sichtfeldes und der rückseitigen Brennweite relativ zur Brennweite ist der Einsatz eines Lin­ sensystems der Retrofokus- bzw. invertierten Telephotoart. Bei derartigen Lisen läßt die rückseitige Brennweite sich im Ver­ hältnis zur Brennweite erheblich vergrößern. Obgleich man für solche Linsensysteme zahlreiche Konstruktionen vorgeschlagen hat (bspw. die US-PSn 41 45 117, 41 82 549 und 42 03 653), ent­ sprechen sie nicht den speziellen Anforderungen der Überkopf­ projektion. Weiterhin sind sie oft kompliziert aufgebaut und bestehen aus fünf oder mehr Linsenelementen.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Probleme, die die oben angesprochenen Linsenkonstruktionen aufwerfen.

Die vorliegende Erfindung schafft einen 4-Element-Projektions­ linsenaufbau des Retrofokustyps zur Verwendung mit herkömmli­ chen Überkopfprojektoren, die ein Bild von einer Durchsicht­ bühne auf einen Bildschirm werfen. Der Linsenaufbau besteht aus zwei Gruppierungen von jeweils zwei Linsenelementen, die ein Spiegel trennt. Der Projektionslinsenaufbau bietet einen ver­ kürzten Projektionsabstand zwischen Linsenanordnung und Bild­ schirm, behält aber im wesentlichen die rückseitige Brennweite herkömmlicher 2-elementiger Projektionslinsen langer Brennweite für Überkopfprojektoren bei. Die Linsenanordnung weist insbe­ sondere - von der Bühne zum Bildschirm - eine Meniskus-Streu­ linse, eine Meniskus-Sammellinse, eine doppeltkonvexe Sammel­ linse sowie eine doppeltkonkave Streulinse auf, die unterein­ ander luftbeabstandet sind.

Der Linsenaufbau weist weiterhin einen Spiegel auf, der zwi­ schen der Meniskus-Sammellinse und der doppeltkonvexen Sammel­ linse angeordnet ist und das Licht aus der Vertikalen in die Horizontale umlenkt.

Die vorliegende Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, daß der Projektor nun näher an den Bildschirm herangerückt werden kann als bei herkömmlichen Überkopfprojektoren möglich war. Daher läßt der Überkopfprojektor sich insbesondere in kleineren Kon­ ferenzräumen optimal aufstellen. Mit dem erfindungsgemäßen Linsensystem läßt sich ein DIN A4-Durchsichtbild vollständig und mit einem Vergrößerungsfaktor auf dem Bildschirm abbilden, der die Lesbarkeit gewährleistet.

Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist ihre uneingeschränkte Austauschbarkeit gegen die Projektionslinsen herkömmlicher Überkopfprojektoren. Das Linsensystem behält die rückseitige Brennweite herkömmlicher Linsen längerer Brennweite bei. Das Projektionslinsensystem läßt sich daher mit Leichtig­ keit austauschen, wenn die Größe und Anordnung des Konferenz­ raums bzw. der Zuhörerschaft es erfordern. Hierzu braucht man nur den jeweiligen Projektionskopf an den Pfosten eines her­ kömmlichen Überkopfprojektors anzusetzen, wobei ein Projektor­ kopf ein herkömmliches 2-elementiges Linsensystem und ein wei­ terer Projektorkopf das erfindungsgemäße Retrofokus-Linsen­ system enthält.

Diese und andere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus­ führlicher aus der folgenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, deren einzige Figur schaubildlich eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Projek­ tionslinsenaufbaus darstellt.

In der Figur ist allgemein mit dem Bezugszeichen 8 eine erfin­ dungsgemäße Projektionslinsenanordnung für Überkopfprojektoren gezeigt. Ein vertikaler axialer Lichtstrahl (mit dem Bezugs­ zeichen 6 gezeigt) verläuft von einer (nicht gezeigten) Licht­ quelle im Gehäuse des Überkopfprojektors durch die Projektions­ linsenanordnung. Ein horizontaler axialer Lichtstrahl (vergl. die Linie 7) verläuft von der Projektionslinsenanordnung 8 zu einem abgesetzt aufgestellten Bildschirm (nicht gezeigt). Die Axialestrahlen 6, 7 bezeichnen den Mittelpunkt des projizierten Lichtkegels. Die erfindungsgemäße Linsenanordnung 8 ist vor­ zugsweise auf einem Tragarm entlang der vertikalen optischen Achse 6 relativ zur Vorlagenbühne verschiebbar angeordnet, um das Scharfeinstellen des Projektionsbildes zu erleichtern.

Die erfindunsgemäße Projektionslinsenanordnung 8 wird mit einem herkömmlichen Überkopfprojektor auf die aus dem Stand der Tech­ nik bekannte Art eingesetzt. Ein derartiger Überkopfprojektor hat typischerweise ein Gehäuse mit einer Vorlagenbühne aus Klarglas, auf die ein (nicht gezeigtes) Durchsichtbild gelegt wird, das vergrößert auf den Bildschirm projiziert werden soll.

Die in der Fig. 1 gezeigte Projektionslinsenanordnung 8 weist eine streuende bzw. negative Meniskuslinse 1, eine luftbeab­ standete sammelnde bzw. positive Meniskuslinse 2, eine luftbe­ abstandete sammelnde bzw. positive doppeltkonvexe Linse 3 und eine luftbeabstandete streuende bzw. negative doppeltkonkave Linse 4 auf. Die streuende Meniskuslinse 1 ist mit ihrer kon­ kaven Seite der Vorlagenbühne, die sammelnde Meniskuslinse 2 mit der konvexen Seite der Vorlagenbühne und die streuende doppeltkonkave Linse mit der den längeren Radius aufweisenden konkaven Seite dem Bildschirm zugewandt angeordnet. Zwischen der sammelnden Meniskuslinse 2 und der sammelnden doppeltkon­ vexen Linse 3 ist ein ebener Spiegel 5 so angeordnet, daß er durch die Vorlagenbühne fallendes Licht von einem vertikalen Weg 6 in einen horizontalen Weg 7 zum Bildschirm umlenkt.

Um das Projektionsbild auf dem Bildschirm auf- und abwärts ver­ schieben zu können, sind der Spiegel 5 und die Linsen 3, 4 ver­ schwenkbar so gehaltert, daß die Linsen 3, 4 mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit des Spiegels 5 schwenken.

Für eine bevorzugte Ausführungsform der in der Figur gezeigten Linsenanordnung 8 sind in der Tabelle 1 der Brechungsindex Nd für die Spektrallinie D des Spektrums, der Streuindex bzw. die Abbesche Zahl V sowie die Krümmungsradien beider Seiten für alle Linsen zusammengefaßt. Die Linsenflächen sind an der Vor­ lagenbühne beginnend zum Bildschirm aufeinanderfolgend indi­ ziert; positive und negative R-Werte bezeichnen konvexe bzw. konkave Flächen bezüglich der in die Vorderseite der Linse (der der Vorlagenbühne zugewandten Seite) einfallenden Strahlung.

Die axialen Dicken T der und die Luftspalte S zwischen den Lin­ sen sind ebenfalls angegeben, und zwar die Dicken T mit dem Index der entsprechenden Linse und die Luftspalte S in der gleichen Reihenfolge wie die Linsen indiziert. Die Radien R, Dicken T und Luftspalte S sind jeweils in Millimetern angege­ ben.

Tabelle 1

Für die mit den Parametern der Tabelle 1 beschriebene Linsen­ anordnung hat die Linse 1 eine äquivalente Brennweite von -673,96 mm und einen Nenndurchmesser von 100,0 mm, die Linse 2 eine äguivalente Brennweite von 178,85 mm und einen Nenndurch­ messer von 90,0 mm, die Linse 3 eine äquivalente Brennweite von 212,44 mm und einen Nenndurchmesser von 100,00 mm und die Linse 4 einen äquivalente Brennweite von -167,61 mm und einen Nenn­ durchmesser von 110,0 mm. In dieser Ausführungsform sind die Linsenelemente so entworfen und bemessen, daß die Projektion einer vollständigen DIN A4-Seite über den gesamten Vergröße­ rungsbereich erfolgt. Das in der Tabelle 1 angegebene Linsen­ system hat eine äquivalente Brennweite von 244,96 mm und eine Gesamtlänge von 139,56 mm. Das Telephotoverhältnis der Linsen­ anordnung der Tabelle 1 ist 1,71; bei dieser Größe handelt es sich um die durch die Brennweite der Linsenanordnung dividierte Summe der Länge und der rückseitigen Brennweite der Linsenan­ ordnung.

Die Tabelle 2 zeigt für die Linsenanordnung der Tabelle 1 die entsprechenden rückseitigen Brennweiten in Millimetern und die Projektionsabstände in Metern für vorgegebene Vergrößerungs­ grade.

Tabelle 2

Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Linsenanord­ nung ist in der Tabelle 3 ausgeführt, für die die gleichen Definitionen, Größen und Bezifferungskonventionen gelten wie für die Tabelle 1.

Tabelle 3

Die mit den Werten der Tabelle 3 definierte Linsenanordnung hat eine äquivalente Brennweite von 234,68 mm, eine Gesamtlänge von 138,0 mm und in Telephotoverhältnis von 1,78.

Die äquivalenten Brennweiten der einzelnen Linsenelemente sind wie folgt: Linse 1 = -632,69 mm; Linse 2 = 166,43 mm; Linse 3 = 239,96 mm; Line 4 = -173,05 mm. Die Nenndurchmesser der Linsen entsprechen denen der ersten Ausführungsform.

Die Tabelle 4 zeigt die rückseitigen Brennweiten und die Pro­ jektionsabstände für entsprechende Vergrößerungsfaktoren für die Anordnung der Tabelle 3.

Tabelle 4

Anhand der Prinzipien der vorliegenden Erfindung lassen sich die hier angegeben und erläuterten Einzelheiten vielfältig ab­ ändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung soll daher nicht auf die hier gezeigten und beschrie­ benen Einzelheiten beschränkt sein, sondern alle in den Rahmen der beigefügten Patentansprüche fallenden Änderungen umfassen.

Claims (5)

1. Linsenaufbau zur Verwendung in einem Überkopfprojektor zum Abbilden einer Durchsichtvorlage von einer Vorlagenbühne auf einem bildschirm, wobei der Überkopfprojektor eine Licht­ quelle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reihenfolge von der Vorlagenbühne zum Bildschirm eine streuende Meniskuslinse, eine sammelnde Meniskuslinse, eine sammelnde doppeltkonvexe Linse und eine streuende doppelt­ konkave Linse vorgesehen und diese Linsen untereinander luftbe­ abstandet sind.

2. Linsenaufbau nach Anspruch 1, gekennzeich­ net weiterhin durch einen Spiegel, der zwischen der sam­ melnden Meniskuslinse und der konvergierenden doppeltkonvexen Linse angeordnet ist und Licht von der Lichtquelle durch die Linsenanordnung leitet.

3. Linsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie ein Telephotoverhältnis von etwa 1,75 hat, wobei das Telephotoverhältnis definiert ist als die durch die Brennweite der Linsenanordnung dividierte Summe der Länge und der rückseitigen Brennweite der Linsenanordnung.

4. Linsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kennwerte der Linsen und ihre räumliche Zuordnung im wesentlichen der folgenden Tabelle entsprechen: in der in der ersten Spalte die einzelnen Linsen von der Bühne zum Bildschirm durchnumeriert und in der zweiten Spalte die entsprechenden Brechungsindizes N für die Linie D des Spek­ trums, in der dritten Spalte die entsprechenden Dispersions­ indizes V und in der vierten Spalte die Krümmungsradien R der Linsenoberflächen angegeben sind, wobei die Oberflächen in der gleichen Reihenfolge wie die Linsen numeriert und mit dem jedem R-Wert zugeordneten Index identifiziert sind, positive und negative R-Werte bezüglich von der Bühne her einfallender Strahlung konvexe bzw. konkave Flächen bezeichnen, und weiter­ hin in der fünften Spalte die axialen Dicken T der und die Luftspalte S zwischen den Linsen aufgeführt sind, wobei die Linsendicken T und die Linsenabstände S mit in der gleichen Reihenfolge wie die Linsen numerierten Indizes gekennzeichnet und die Größen R, T und S in Millimetern angegeben sind.

5. Linsenaufbau nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kennwerte der Linsen und ihre räumliche Zuordnung im wesentlichen der folgenden Tabelle entsprechen: in der in der ersten Spalte die einzelnen Linsen von der Bühne zum Bildschirm durchnumeriert und in der zweiten Spalte die entsprechenden Brechungsindizes N für die Linie D des Spek­ trums, in der dritten Spalte die entsprechenden Dispersions­ indizes V und in der vierten Spalte die Krümmungsradien R der Linsenoberflächen angegeben sind, wobei die Oberflächen in der gleichen Reihenfolge wie die Linsen numeriert und mit dem jedem R-Wert zugeordneten Index identifiziert sind, positive und negative R-Werte bezüglich von der Bühne her einfallender Strahlung konvexe bzw. konkave Flächen bezeichnen, und weiter­ hin in der fünften Spalte die axialen Dicken T der und die Luftspalte S zwischen den Linsen aufgeführt sind, wobei die Linsendicken T und die Linsenabstände S mit in der gleichen Reihenfolge wie die Linsen numerierten Indizes gekennzeichnet und die Größen R, T und S in Millimetern angegeben sind.