SE468335B - Projektionsoptik - Google Patents

Description

46 10 15 20 25 30 (JJ OJ LT! centralt över objektytan i en overhead-projektor.

Tidigare använda konventionella objektiv omfattar vanligt- vis tre linser som vardera har två sfärsikt krökta ytor.

Kostnaden för ett objektiv bestäms till stor del av anta- let krökta linsytor. Fackmannen har vidare inställningen att man kan konstruera objektiv som löser speciella prob- lem, exempelvis det häri skisserade problemet, genom att öka antalet linselement och sålunda antalet krökta ytor, men en sådan problemlösning står i kontrast med önskemå- let om att kunna reducera framställningskostnaderna.

Ett ändamål med uppfinningen är att anvisa ett projektions- objektiv som har acceptabla värden beträffande astigmatism, och fältkrökning, och möjliggör en fältvinkel av inemot 40-- 450 vid en speciell placering i en viss typ av over- head-projektor, såsom nedan kommer att närmare anges. Det bör emellertid står klart att den uppfunna projektions- optiken har fördelaktiga prestanda vid generell använd- ning i projektionssystem, men att dess prestanda när sär- skilt höga värden vid användning ii vissa speciella pro- jektorsystem, och då med en speciell placering, såsom nedan närmare kommer att redovisas.

Den uppfinningsenliga projektionsoptiken innefattar fyra koaxiella linser,av\ülka,i riktning från objektsida till bildsida, den första linsen har en mot objektsidan vänd konvex yta, den andra linsen och den tredje linsen är be- lägna invid varandra ochêt belägna på avstånd från den första och den fjärde linsen, och den fjärde linsen har en mot bildsidan konvex yta kännetecknad av att den första linsens mot bildsidan vända yta är plan, att den andra och den tredje linsens mt bildsidan vända ytor plana, att den andra och den tredje linsens mot objektsidan vända ytor är konkava och att den fjärde linsens mot objektsidan vända yta är 10 15 20 25 30 468 355 plan eller företrädesvis svagt konvex.

En projektionsoptik bör lämpligen vara utformad för att kunna inställas för varierande projektionsavstånd, och för den sakens skull utmärkes den uppfinningsenliga pro- jektionsoptiken av att den första, den andra och den tred- je linsen är inbördes fixerade till en linsgrupp, och att denna línsgrupp är axiellt rörlig relativt den fjärde lin- sen för variering av optikens fokallängd.

Det uppfinningsenliga objektivet är lämpligen decentrerat relativt den optiska axeln hos en projektor av overhead- typ, vid vilken objektivet är beläget i området ovanför en objektfönsterkant och i fokus av en objektfönsterbe- lysande elliptisk spegel, i vars andra fokus en ljuskälla är belägen, varvid objektivet är decentrerat i riktning in mot objektfönstrets centrum från nämnda närbelägna spegel- fokus. Genom ett sådant decentrerat läge för objektivet kan man uppnå en fältvinkel uppgående till cirka 4 °.

Det har emellertid visat sig att själva objektivet med mycket gott resultat även kan användas vid mer konventio- nella projektorkonstruktioner, exempelvis vari objektivet är centrerat mot objektplattan.I sådana mer konventionella applikationer, saknas dock vanligen behovet av extrema fältvinklar.

Genom uppfinningen anvisas sålunda ett objektiv som vis- serligen har fyra linselement, men ändå har ett färre an- tal krökta ytor och erbjuder väsentligt större fältvinkel än ett konventionellt trelinsigt overhead-projektorhümsystan med en fältvinkel på cirka 200.

Ett väsentligt särdrag hos uppfinningen är alltså att det kan användas med stora fältvinklar under innehållan- 10 15 20 25 QJ (_14 CH de av relativt höga bildkvalitetskrav, såsom kommer att redovisas i det följande, och allt detta till en kostnad som är remarkabelt låg i skenet av att objektivet innehål- ler fyra linselement.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i exem- pelform med hänvisning till den bilagda ritningen.

Fig. 1 visar schematiskt en axialsektion genom ett ob- jektiv enligt uppfinningen, varvid vänstra och högra halvan av figuren 1 visar objektivet i två schematiskt indikerade fokuseringsändlägen, fig. 2 visar schematiskt en sidovy av det uppfunna ob- jektivet såsom använt vid en i sig förut känd typ av overhead-projektor, fig. 3 visar schematiskt strålgàngen genom det uppfin- ningsenliga objektivet såsom använt vid projektorn enligt fig. 2, fig. 4 visar schematiskt ett antal punkter med indikera- de koordinater, varvid bildpunkterna är normali- serade till en bildbredd av 200 mm, och fig. 10 visar modulationen i de på fig. 4 markerade bildpunkterna för det uppfunna objektivet, såsom använt i enlighet med fig. 2 och 3.

Med hänvisning till fig. l vänstra halvan därav, kan man se att det uppfunna objektivet omfattar fyra stycken lins- element 1 - 4 av vilka linsen 1 är avsedd attvara vänd mot objektytan och linsen är avsedd att ligga närmast projek- tionsbildskärmen. Man noterar att linsens 1 mot objekt- sidan vända yta 10 har en positiv krökning och att linsens 10 15 20 25 30 468 335 1 andra yta ll är plan. Vidare kan man se att linsen 2 har en mot objektsidan vänd konkav yta 20 och att linsens 2 motsatta yta 21 är plan. Vidare kan man se att linsen 3 har en mot objektsidan vänd yta 30 som är konkav, och att linsens 3 motsatta yta 31 är plan.

Linserna 1, 2 och 3 är inbördes fixerade medelst en lins- fattning 81.

Linsen 4 ärburen av en linsfattning 82 och har en mot objekt- sidan vänd yta 40 som kan vara plan men företrädesvis har en svag negativ krökning. Linsens 4 mot bildsidan vända yta 41 har positiv krökning. Linsfattningen 82 är anord- nad axiellt förskjutbar relativt linsfattningen 81 under upprätthållande av koaxialitet mellan linserna 1 - 4, var- vid man kan se att avståndet mellan ytorna 40 och 31 kan varieras för variering av projektionsoptikens fokallängd.

Ett utföringsexempel på objektivet (tillsammans med ett av- länkningsprisma) definieras i de bilagda tabellerna 1 - 4 pá det bilagda tabellbladet.

De i tabell 1 angivna glaskvaliteterna är kommersiellt tillgängliga från Schott AG, Västtyskland.

Det uppfunna objektivet kan med fördel användas vid en projektorkonstruktion av det slag som skisseras på fig. 2.

En sådan projektorkonstruktion är i sig förut känd från EPI; 0277 469. En projektor av sådan typ innefattar vä- sentligen ett horisontellt bord med ett objektfönster 14 för så kallade stordia. Objektivet 8 är beläget väsent- ligen rakt ovanför högra kanten av objektfönstret 14.

Under fönstret 14 finns en ellipsoidspegel 6 (eller en mångfald sammansatta ellipsoidspeglar) vilken har sin ena fokalpunkt 61 vid objektivet 8 och har sin andra -I>- Cm OO '10 15 20 25 30 OJ fokalpunkt vid en ljuskälla 60 som lämpligen är belägen under bordsytan för att icke direkt kunna belysa objekti- vet. Ljuskällans 60 filament är riktat med sin huvudyta vänd mot ellipsoidspegeln 6 och bildar med sitt plan en vinkel 04 uppgående till cirka 70 - 900 :not bordsplanetlhori- sontalplanet. Såsom visas på fig. 2 är lämpligen objek- tivet 8 decentrerat i figurens 2 plan så att optikens 8 axel 71 ligger något till vänster om linjen 70 som är en normal till ytan 14 och ansluter till dess högra kant samt innehåller fokalpunkten 61. I utföringsexemplet enligt tabell 1 är avståndet mellan axlarna 70, 71 cirka 14 mm, men det bör stå klart att detta decentreringsavstànd utan olägenhet kan ligga på önskat ställe inom intervallet 10 - 16 mm för utföringsexemplet.

För den typ av projektor som visas på fig. 2 har man ti- digare föreställt sig att det inte skulle vara möjligt att placera objektivets 8 axel 71 till höger om normalen 70 till ytan 14 genom bildytans 14 högra kant. Men det har nu visat sig att denna tidigare tänkta gräns kanske är mer beroende av objektivets utformning än apparatens övriga struktur, och att det sålunda åtminstone teore- tiskt vore möjligt att placera ett objektiv invid normal- linjen 70, exempelvis om man utnyttjar ett objektiv_med kanske 5 linser, varvid fokalpunkten ev. kan förläggas strax till höger om linjen 70.

Man kan hålla att projektortypen som sådan syftar till att erbjuda en projicering av ett på det ho- risontella bildfönstret 14 liggande föremål på en verti- i minnet kal bildskärm 15 utan några bildformatsförvrängningar, vilket innebär att den undre randen av det ljus som av- går från avlänkningsprismat 5 skall vara horisontell.

På fig. 2 kan man vidare se strålar a b c, a' b' c' res- pektive a" b" c" vid bakre delen, mittdelen respektive 10 15 20 25 468 335 främre delen av objektfönstret 14, och gången av dessa strålar visas på fig. 3 som illustrerar det uppfinnings- enliga objektivet tillsammans med ett avlänkningsprisma.

Av strålarna a b c, a' b' c' och a" b" c" kan man se att en excentrisk placering av objektivet erbjuder en stor fältvinkel för detsamma, och vidare kan man se att det räcker med ett relativt litet prisma 5 eller dylikt för att avlänka det ljus som projiceras genom objektivet.

På fig. 3 är prismat 5 visat i samma skala som objektivet 80 Med hänvisning till tabell 1 kan man se att prismats yta 50 är belägen 5 mm ovanför centrum av linsytan 41. Vidare kan man se att prismats på fig. 3 vänstra hörn kan vara beläget ett avstånd T uppgående till exempelvis 3,5 mm till höger om objektivaxeln 71 utan att något väsentligt ljus går förlorat. Prismat 5 kan lämpligen vara anordnat svängbartlüfing en horisontell axel Z vid prismats 5 pà fig. 3 vänstra hörnkant för att medge kompensation för exempelvis att bildskärmen 15 avviker från vertikalplanet.

Pà fig. 3 kan man även se decentreringsavstândet X mellan planet 70 och objektivaxeln 71 varvid såsom nämnts, X kan vara i området 10 - 16 mm och i utföringsexemplet är cirka 14 mm.

I utföringsexemplet enligt tabell 1 kan prismat 5 ha en kantlängd av 43 mm för sidorna 50 och 51, varvid T uppgår till cirka 3,5 mm.

Objektivet enligt uppfinningen i utföringsformen enligt tabellerna 1 till 4, och applicerat vid en projektor en- ligt fig. 2 och 3 har undersökts med avseende pá modula- ~P> 10 15 20 25 CN 0"! tionen i ett antal avslöjande bildpunkter. Dessa bild- punkter är normaliserade till bildbredden 200 mm, och de - valdabildpunkterna är dels markerade med sina koordina- ter, sedd dels med sina lägen i en schematisk horisontalvy ovanifràn över projektorn enligt fig. 2, Fig. 5 - 10 visar sålunda modulationen vid dessa bildpunk- ter.

Den projicerade bildens storlek är 1400 x 1400 mm, norma- liserad till bildfönstrets storlek, 285 x 285 mm. Ljus- källan vid projektorn är en polykromatiskljuskälla med storleken 7 x 7 mm varvid filamentlutningen CX är 700.

På var och en av fig. 5 - 10 visas i princip fyra kurvor nämligen MTF (Modulation Transfer Function) vid oriente- ringsvinkeln 0 respektive 900 samt realdelen av OTF (Optical Transfer Function) vid orienteringsvinkeln 0 respektive 90°. OTF är mer omfattande än MTF och inklu- derar även fasvridning; MTF är argumentet av OTF.

Kurvmarkeringarna är följande.

MTF 0° MTF 90° Realdelen av OTF 00 Realdelen av OTF 900 4- E» G9 EE Vissa kurvor är utelämnade i nâgra av figurerna, men fackmannen inser att de utelämnade kurvorna av symmetri- skäl väsentligen sammanfaller med visade kurvor.' 'J 468 355 Den häri föreslagna decentreringen av objektivet relativt fokalpunkten erbjuder en förhållandevis stor fältvinkel med acceptabla aberrationsvärden, men en förutsättnin§ är att linsytorna har förhållandevis svag krökning var- vid antalet krökta linsytor lämpligen skall vara lågt såsom i det här anvisade objektivet.

F2- Qx CB gm gu fl 10 Tabell 1 Linskompo- Yta Avstånd/ Radie Material u Optiskt nent nr nr tjocklek mm erferderlig: mm semi- åfiertur 14 (objektplan) : OO 31a,sae fgíšâ _ luft 10 l46,2070 23,0 1 3,900 glas SF2 11 ¿><3 22,3 16,394 luft 20 -8l,0500 20,0 2 1,600 glas SF4 21 QxQ 21,4 0,950 luft 30 -27l,2650 _ 22,68 3 1,700 glas BASF2 31 ' CX3 24,0 (variabel luft ca 2,5-9) 40 -501,9040 28,0 4 6,971 glas LAF2 41 -66,9940 28,8 _ 5,000 luft so OO 5 í 43 (prisma) glas F2 51 c><3 (se tabell 2) luft 15 bildskärm ll 468 335 Tabell 2 Avstånd mellan Avstånd mellan Fokusavstànd Bildstorlek yta 14 och 10 yta 31 och 40 från yta 51 till yta 15 313,l86 8,40 1276 1000 x 1000 318,686 5,89 1722 1400 x 1400 3l8,936 2,65 3613 3000 X 3000 Tabell 3 Sgektralvikter Váglängd nm Vikttyp 570,0 495,0 635,0 525,0 '_ 605,0 Fotopisk 0,95200 0,25975 0,21675 O,79288 0,56725 Planck 0,76493 0,46859 l,00000 0,58679 0,89639 Resulterande vikter 0,72821 0,12172 0,21675 0,46525 0,50848 Tabell 4 Brytníngsindex data Váglängd nm Linskomponent nr 570,0 495,0 635,0 525,0 605,0 1 l,649475 l,659657 l,643627 l,654991 1,646077 2 l,757745 l,772392 1,749450 1,765650 1,7529l4 3 1,666l92 l,676051 l,660516 1,671537 l,662896 4 1,745564 l,754335 l,740415 1,750345 l,742583 5 1,62l635 l,630687 l,616405 1,626547 l,6l860O

Claims (4)

G\ 10 15 20 25 30 OD UG (N O'- 12 P a t e n t k r a v

1. Projektionsoptik innefattande fyra koaxiella sfäriskt krökta ytor uppvisande linser (1-4), av vilka, i riktning från objektsida (14) till bildsida (15), den första linsen (1) har en mot objektsidan vänd konvex yta_(10), den andra linsen (2) och den tredje linsen (3) är belägna invid varandra och är belägna på avstånd från den första (1) och den fjärde linsen (4), och den fjärde linsen (4) har en mot bildsidan vänd konvex yta (41), k ä n n e t e c k n a d av att den första linsens (1) mot bildsidan vända yta (ll) är plan, att den andra (2) och den tredje linsens (3) mot bildsidan vända ytor (21, 31) är plana, att den andra (2) och den tredje linsens (3) mot objektsidan vända ytor (20, 30) är konkava och att den fjärde linsens (4) mot objekt- sidan vända yta (40) är plan eller företrädesvis svagt kon- vex.

2. Projektionsoptik enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att den första (1), den andra (2) och den tredje linsen (3) är inbördes fixerade medelst en första lins- fattning (81), vilken är ,axiellt rörlig relativt den fjärde linsen (4) för variering av optikens fokallängd.

3. Projektionsoptik enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att det är beläget decentrerat relativt den optiska axeln (70) hos en projektor, företrädesvis av overhead-typ, vid vilken optiken (8) är belägen i om- rådet ovanför en i projektionsriktningen belägen objekt- fönsterkant, och i fokus (61) av en objektfönsterbelysande elliptisk spegel (6), i vars andra fokus en ljuskälla (60) är be1ägen,_ varvid optiken är decentrerad från nämnda när- belägna spegelfokus (61) i riktning in mot objektfönstrets centrumaxel. f) 4 6 8 3 3 5 13

4. Projektionsoptik enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av: Linskompo- Yta Avstånd/ Radie Material Optiskt nent nr nr tjocklek mm erfnrderli mm seml- âgertur 14 (dfiekqflßn). C><3 alaßsafgíšâ luft 10 146,2070 23,0 1 3,900 glas SF2* 11 Cxg 22,3 16,394 luft 20 -8l,0500 20,0 2 1,600 glas SF4* I 21 çgg 21,4 0,950 luft ao _ -211,2sso 22,68 3 1,700 glas BASF2 31 CXD 24,0 (variåbel luft ca 2,5-9) 40 -501,9040 28,0 4 6,971 glas LAF2* 41 -66,9940 28,8 * Schott AG, Västtyskland