DE4041240A1 - Projektionslinsensystem - Google Patents
ProjektionslinsensystemInfo
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- G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Projektions
linsensystem zur Verwendung in einer Projektions
anzeigeeinheit und zur Darstellung eines Bildes
auf eine Projektionswand, wobei das Bild auf
dem Schirmträger einer Kathodenstrahlröhre (im
folgenden als CRT bezeichnet) gebildet wird.
In den vergangenen Jahren trat eine Erhöhung
in der Anwendung von Projektionsanzeigeeinheiten
auf, die in der Lage sind, ein TV-Bild auf eine
großformatige Projektionswand zu projizieren.
Obwohl für derartige Projektionsbildeinheiten
unterschiedliche Systeme angewandt wurden,
wurden diejenigen am häufigsten verwendet, die
das auf der CRT gebildete Bild über eine Reihe
von Projektionslinsen auf eine Projektionswand
darstellten.
Hinsichtlich der Projektionslinsen gab es Forderungen
nach Linsen mit einem weiten Feldwinkel, um die
Größe des Bildgehäuse so gering wie möglich
zu machen. Als weitere Forderung wird von der
Projektionslinse erwartet, daß sie eine
kleine F-Zahl hat, um eine genügende Helligkeit
des Bildes auf der Projektionswand sicherzustellen.
In den US-Patentschriften Nos. 43 00 817 und
47 76 681 offenbarte Projektionslinsen können
als übliche Arten von Projektionslinsen erwähnt
werden. Das in der US-PS 43 00 817 offenbarte
Projektionsobjektiv umfaßt drei Linsengruppen,
während dasjenige aus der US-PS 47 76 681 aus
fünf Linsengruppe besteht.
Weiterhin gibt es als typische Projektionslinsen
solche, die aus zehn Linsen oder mehr zusammenge
setzt sind, und eine Projektionslinseneinheit,
deren Teillinsengruppe eine asphärische Form
aufweist und deren Rest aus Kunststoff hergestellt
ist.
Somit sind unterschiedliche Arten von bekannten
Projektionslinsen weit verbreitet.
Allerdings können in einer Projektionsanzeigevor
richtung zur Anzeige eines Bildes in großen
Abmessungen oder eines TV-Bildes großer Bildschärfe,
eine Entwicklung, die jetzt fortschreitet, die
oben erwähnten Projektionsobjektive nicht immer
ein Bild mit den oben erwähnten Forderungen her
stellen.
Beispielsweise treten bei den bekannten Projektions
objektiven an den Rändern oder Ecken des auf eine
Bildwand projizierten Bildes Bildverzerrungen
auf und das Volumen des Projektes selbst wird
wegen des geringen Feldwinkels der Linse
nachteilig groß.
Somit wird eine Projektionslinse bzw. ein
Projektionsobjektiv erwartet, das eine gute
Modulationsübertragungsfunktion MTF von der
Mitte bis zu den Ecken des Bildes auf der
Bildwand erzielt und frei von den oben erwähnten
Nachteilen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe
zugrunde, ein Projektionsobjektiv zur Verfügung
zu stellen, das in der Lage ist, Aberrationen
von der Mitte bis zu dem Rand oder den Ecken
des Bildes gut zu korrigieren und das eine
ausreichende F-Zahl und einen zufriedenstellenden
Feldwinkel aufweist.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist entsprechend
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein
Projektionslinsensystem vorgesehen, das aus
acht auf der optischen Achse angeordneten Linsen
gruppen besteht, wobei die Linsengruppen vom
Bildende des Linsensystems her gesehen umfassen:
eine erste Linsengruppe mit einer positiven Verstärkungskraft, die aus einer Meniskus-Linse besteht;
eine zweite Linsengruppe, die insgesamt eine geringe positive Verstärkungskraft hat und aus einem Element insgesamt in Meniskusform besteht, das mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist;
eine dritte Linsengruppe mit negativer Verstärkungs kraft und bestehend aus einem Element beispielsweise in Meniskusform;
eine vierte Linsengruppe mit positiver Verstärkungskraft und bestehend aus einem Element in bikonvexer Form;
eine fünfte Linsengruppe, die in Kontakt mit der konvexen bildseitigen Oberfläche der vierten Linsengruppe angeordnet ist, bestehend aus einem Element in beispielsweise Meniskus-Form und eine negative Verstärkungskraft aufweisend;
eine sechste Linsengruppe mit positiver Verstärkungs kraft und bestehend aus einem Element in bikonvexer Form;
einer siebenten Linsengruppe mit positiver Verstärkungskraft, bestehend aus einem Element insgesamt in Meniskusform, das mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist; und
eine achte Linsengruppe mit negativer Verstärkungskraft, die aus einem Element in konkaver Form besteht.
eine erste Linsengruppe mit einer positiven Verstärkungskraft, die aus einer Meniskus-Linse besteht;
eine zweite Linsengruppe, die insgesamt eine geringe positive Verstärkungskraft hat und aus einem Element insgesamt in Meniskusform besteht, das mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist;
eine dritte Linsengruppe mit negativer Verstärkungs kraft und bestehend aus einem Element beispielsweise in Meniskusform;
eine vierte Linsengruppe mit positiver Verstärkungskraft und bestehend aus einem Element in bikonvexer Form;
eine fünfte Linsengruppe, die in Kontakt mit der konvexen bildseitigen Oberfläche der vierten Linsengruppe angeordnet ist, bestehend aus einem Element in beispielsweise Meniskus-Form und eine negative Verstärkungskraft aufweisend;
eine sechste Linsengruppe mit positiver Verstärkungs kraft und bestehend aus einem Element in bikonvexer Form;
einer siebenten Linsengruppe mit positiver Verstärkungskraft, bestehend aus einem Element insgesamt in Meniskusform, das mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist; und
eine achte Linsengruppe mit negativer Verstärkungskraft, die aus einem Element in konkaver Form besteht.
Die Betriebsweise des Projektionslinsensystems
mit dem oben beschriebenen Aufbau wird später
erläutert.
Die erste und zweite Linsengruppen dienen haupt
sächlich zur Korrektur einer sphärischen Aberration
und einer Koma-Aberration mit hoher Genauigkeit;
die dritte Linsengruppe dient hauptsächlich
zur Korrektur der sphärischen Aberration und
stellt den Ausgleich zwischen den Linsengruppen
in bezug auf die Aberration-Korrektur her; die
vierte Linsengruppe dient dazu, das meiste Licht
des Projektionslinsensystems zu sammeln;
die fünfte Linsengruppe dient zuerst zur Korrektur
einer chromatischen Aberration; die sechste
Linsengruppe dient zum Sammeln des Lichtes zusammen
mit der vierten Linsengruppe; die siebente Linsen
gruppe dient zur Korrektur eines Astigmatismusfehlers,
der Verzerrung und der Koma-Aberration mit hoher
Genauigkeit und die achte Linsengruppe als
Feldabflachelement und korrigiert eine Feld
krümmung und einen Astigmatismusfehler.
Die Erfindung kann hinsichtlich ihrer Konstruktion
und ihrer Betriebsweise zusammen mit weiteren
Zielrichtungen und Vorteilen am besten unter Bezug
auf die folgende detaillierte Beschreibung
zusammen mit den Zeichnungen gewertet werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erläuternde Ansicht des Aufbaus
eines Projektionslinsensystems
entsprechend einem ersten Aus
führungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 2 ein Diagramm, das die MTF(Modulations
übertragungsfunktion)Kennlinie
des Projektionslinsensystems
entsprechend dem ersten Ausführungs
beispiel zeigt,
Fig. 3 eine erläuternde Ansicht eines Auf
baus eines Projektionslinsensystems
entsprechend einem zweiten Aus
führungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 4 ein Diagramm, das die MTF(Modulations
übertragungsfunktion)Kennlinie des
Projektionslinsensystems entsprechend
dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 5 eine erläuternde Ansicht des Aufbaus
eines Projektionslinsensystems
entsprechend einem dritten Aus
führungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 6 ein Diagramm, das die MTF(Modulations
übertragungsfunktion)Kennlinie des
Projektionslinsensystems entsprechend
dem dritten Ausführungsbeispiel
zeigt,
Fig. 7 ein Diagramm, das die MTF(Modulations
übertragungsfunktion)Kennlinie des
Projektionslinsensystems entsprechend
dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 8 eine erläuternde Ansicht des Aufbaus
eines Projektionslinsensystems
entsprechend einem fünften Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 ein Diagramm, das die MTF(Modulations
übertragungsfunktion)Kennlinie
des Projektionslinsensystems
entsprechend dem fünften Ausführungs
beispiel zeigt, und
Fig. 10 ein Diagramm, das die MTF(Modulations
übertragungsfunktion)Kennlinie
des Projektionslinsensystems ent
sprechend dem sechsten Ausführungs
beispiel zeigt.
Die Erfindung wird an sechs Ausführungsbeispielen
erläutert, wobei ein gemeinsamer Aufbau für
alle Ausführungsbeispiele des Projektionsobjektivs
zuerst erläutert wird.
Wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt wird,
besteht das Projektionsobjektiv gemäß der vor
liegenden Erfindung aus acht Linsengruppen. Jede
Linsengruppe des Linsensystems oder Objektivs,
d. h. L1 bis L8, ist auf der optischen Achse
angeordnet.
Bei einem derartigen Projektionsobjektiv wird
eine am vorderen Bildende des Objektivs als
erste Linsengruppe L1 und eine am Objektende des
Objektivs angeordnete Linse als achte Linsengruppe
L8 bezeichnet. Hier besteht jede Linsengruppe
aus einem einzigen Element.
Die Projektionslinse mit dem oben angegebenen
Aufbau ist gegenüber einem Schirmträger P
einer Kathodenstrahlröhre CRT angeordnet und genauer
gesagt, ist die achte Linsengruppe über eine
Kühlflüssigkeitsschicht C mit dem Schirmträger P
verbunden, die zwischen der achten Linsengruppe
und dem Schirmträger P, in Kontakt mit dem Schirm
träger, angeordnet ist.
Insbesondere ist ein Leuchtstoffschirm I (auf der
die durch die Elektronenstrahlen zu bombardierende
Leuchtstoffschicht ausgebildet wird) auf der
inneren Fläche des Schirmträgers in konvexer Form
hergestellt. Genauer gesagt, hat der Leuchtstoff
schirm in seiner Mitte eine größere Dicke als
am Rand. Eine derartige Struktur erleichtert daher die
Konvergenz des von dem Fluoreszenzmaterial
am Randbereich emittierten Lichtes in das
Projektionsobjektiv, d. h. verbessert das
Strahlsammelverhältnis.
Bei Anpassung des Schirmträgers wird seine
innere Fläche in konvexer Form ausgebildet,
wobei das Beleuchtungsverhältnis zwischen der
Mitte und den Ecken der Fläche des Schirmträgers
an der Bildseite 1 zu 0,4 ist.
Die Kühlmittelschicht C weist in ihrem Aufbau
eine gleichmäßige Dicke auf und das Kühlmittel
in ihrem Inneren zirkuliert, um eine übermäßige
Wärmebildung an dem Schirmträger zu verhindern.
Im folgenden wird jede Linsengruppe genauer be
schrieben.
Die erste Linsengruppe L1, die an dem Bildende
des Projektionsobjetivs angeordnet ist, ist
eine Linse in Form eines Meniskus, d. h. eine
konvex-konkave Linse mit positiver Vergrößerung.
Genauer, ist die erste Linsengruppe derart ange
ordnet, daß die konvexe Fläche in Richtung zur
Schirmseite zeigt.
Die zweite Linsengruppe L2 weist im wesentlichen
insgesamt eine relativ geringe Vergrößerung
auf und besteht aus einer Linse, die überall
die Form eines Meniskus aufweist. Die zweite Linse
L2 hat nicht sphärische Oberflächen auf beiden
Seiten bei allen Ausführungsbeispielen. Darüber
hinaus ist die Linse L2 aus Gründen der Herstellungs
vereinfachung aus einem Material wie Kunststoff
hergestellt.
Obwohl die Linse L2 nicht sphärische Oberflächen
aufweist, hat sie keinen Knickpunkt und hat den
Vorteil, daß sie mit großer Genauigkeit hergestellt
werden kann.
Die dritte Linsengruppe L3 ist eine Linse mit
einer geringen negativen Vergrößerung. In den
Ausführungsbeispielen wird eine Linse in Form
eines Meniskus, einer plan-konkaven Linse und
einer bi-konkaven Linse verwendet.
Die vierte Linsengruppe L4 ist eine bi-konvexe
Linse, die eine starke positive Vergrößerung
aufweist und die als Hauptlichtsammellinse in
dem gesamten Projektionsobjektiv dient.
Die fünfte Linsengruppe L5 ist eine Linse, die
in Kontakt mit der konvexen, der Kathodenstrahl
röhre zugewandten Fläche der vierten Linsengruppe
steht und die eine negative Vergrößerung aufweist.
In den Ausführungsbeispielen wird eine bi
konkave Linse oder eine Meniskuslinse für die
fünfte Linsengrupe L5 verwendet.
Die sechste Linsengruppe L6 wird durch eine bi
konvexe Linse mit einer stark positiven Ver
größerung gebildet und dient als Hilfssammelvor
richtung zusammen mit der vierten Linsengruppe.
Die siebente Linsengruppe L7 ist eine Linse, die
auf beiden Seiten asphärische Oberflächen aufweist
und überall die Form eines Meniskus und eine
geringe positive Vergrößerung hat. Diese siebente
Linse L7 wird ebenso unter Berücksichtung der Her
stellungsvereinfachung in Kunststoff hergestellt.
Die achte Linsengruppe L8 ist eine Linse, die
in Kontakt mit der oben erwähnten Kühlmittelschicht
C steht und die aus einer plan-konkaven Linse
mit einer starken negativen Vergrößerung besteht.
Genauer gesagt, steht die ebene Seite der Linse L8
in Kontakt mit der Kühlmittelschicht C.
Die Wirkungsweise jeder in der oben erwähnten
Weise vorgesehenen Linse wird im folgenden
erläutert.
Die erste und die zweite Linsengruppe L1 und L2
dienen hauptsächlich zur Korrektur der sphärischen
und Koma-Aberration und haben geringe lichtkonver
gierende Wirkungen.
Die dritte Linsengruppe L3 korrigiert die sphärische
Aberration und hat eine geringe lichtzerstreuende
Wirkung. Weiterhin stellt diese dritte Linse
L3 den Ausgleich zwischen den Linsengruppen hin
sichtlich der Aberrationskorrektur ein.
Die vierte Linsengruppe L4 und die sechste Linsen
gruppe L6 dienen hauptsächlich zur Sammlung des
Lichts in dem gesamten Projektionsobjektiv.
Die fünfte Linsengruppe L5, die in Kontakt mit
der der Kathodenstrahlröhre zugewandten Seite
der vierten Linsengruppe L4 angeordnet ist,
dient zur Korrektur der chromatischen Aberration.
Die siebente Linsengruppe L7 korrigiert hauptsächlich
den Astigmatismus, die Verzeichnung und die Koma-
Aberration mit hoher Genauigkeit. Um die Abbildungs
fehlerkorrektur mit hoher Genauigkeit durchführen
zu können, sind beide Oberflächen der siebenten
Linse asphärisch ausgebildet.
Die achte Linsengruppe stellt eine Feldabflachung
dar und korrigiert den Astigmatismus ebenso wie
die Feldkrümmung.
Im vorliegenden Fall sind die zweite Linsengruppe
L2 und die siebente Linsengruppe L7 aus Kunststoff
hergestellt. Da sie eine sehr geringe Ver
größerung haben, ist es möglich, in einem relativ
großen Bereich eine Lagetoleranz sicherzustellen
und eine Defokussierung aufgrund von thermischen
Veränderungen bis zu einem solchen Grad zu
unterdrücken, daß keine Nachteile in der praktischen
Verwendung bewirkt werden.
Elemente jeder Projektionslinse in den Ausführungs
beispielen werden in den folgenden Tabellen
I bis VI beschrieben. Jede Tabellennummer ent
spricht der Nummer des Ausführungsbeispiels,
d. h. das erste Ausführungsbeispiel ist in Tabelle I
dargestellt, während entsprechend das sechste
Ausführungsbeispiel in Tabelle VI beschrieben ist.
Die Bezugssymbole in der Tabelle werden im folgenden
beschrieben.
f (mm) bezeichnet eine Brennweite des gesamten
Projektionsobjektivs oder EFL (äquivalente Brenn
weite); Fno, eine F-Zahl; β die Quervergrößerung
senkrecht zur optischen Achse; ω (Grad), der
Halb-Feldwinkel; ν (mm) die Krümmung; und d (mm)
der Abstand zwischen Linsenoberflächen oder die Dicke
jeder Linse oder den Abstand zwischen den Linsen.
Beispielsweise bezeichnet d12 den Abstand zwischen
der Oberfläche der ersten Linsengruppe L1 und
der zweiten Linsengruppe L2. N ist der Brechungs
index jeder Linsengruppe in bezug auf Licht mit
einer Wellenlänge von λ = 543 nm und νd bezeichnet
die Abbe-Konstante. f4+5 ist der Brechungsindex
in dem Zustand, in dem die vierte Linsengruppe L4
und die fünfte Linsengruppe L5 in Kontakt miteinander
gehalten werden.
Weiterhin sind k a4, a6, a8, a10 Konstanten für
die später beschriebene asphärische Oberfläche.
Die asphärischen Oberflächen der zweiten Linsengruppe
L2 und der siebenten Linsengruppe L7 werden durch
die folgende Gleichung bestimmt:
x = c × p²/{1 + (1 - (1 + k) × c² × p²)1/2} + a4 × p⁴ + a6 × p⁶ + a8 × p⁸ + a10 × p¹⁰
wobei
p = (y² + z²)1/2
ist.
Hier bezeichnen x, y, z Koordinaten im rechtwinkligen
Koordinatensystem, in dem die x-Achse die optische
Achse darstellt. c bezeichnet einen Krümmungsradius
am Linsenscheitel; k eine konische Konstante;
und a4, a6, a8, a10 Koeffizienten höherer
Ordnung in bezug auf p.
Folglich kann eine Koordinate an jedem Punkt
der Linsenoberfläche definiert werden, indem
jeder Koeffizient aus den Tabellen in die
asphärische Gleichung eingesetzt werden. Die
asphärische Oberfläche ist ein symmetrisches
Drehmuster zur optischen Achse (x-Achse).
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung, in
der die Gesamtstruktur eines Projektionsobjektivs
10 in Übereinstimmung mit der Erfindung dargestellt
ist. Dieses Objektiv 10 weist einen Aufbau auf
der Grundlage der numerischen Werte in der vorge
schriebenen Tabelle auf. Jede Linsengruppe L1 bis
L8 aus Fig. 1 besteht aus einem einzigen Element.
Alternativ kann jede Linsengruppe aus einer
Mehrzahl von Linsenelementen geformt werden.
Dieses Projektionsobjektiv nach dem ersten Aus
führungsbeispiel ist gekennzeichnet dadurch, daß
die fünfte Linsengruppe L5 aus einer bi-konkaven
Linse besteht. Diese fünfte Linsengruppe ist
allerdings in anderen Ausführungsbeispielen
als Meniskuslinse ausgebildet. Weiterhin ist in
diesem Ausführungsbeispiel der Halbfeldwinkel ω
28 Grad; Fno ist 1,19 und ein breiter Feldwinkel
und ein genügendes Öffnungsverhältnis ist
sichergestellt.
Fig. 2 zeigt die MTF-Kennlinie des Projektions
objektivs 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die MTF-Kennlinie ist definiert für eine Orts
frequenz auf der Fläche des Schirmträgers der
CRT von 7 Linienpaaren/mm. Die Längsachse be
zeichnet die MTF (Modulationsübertragungsfunktion),
während die Querachse das Verhältnis des Abstandes
der Versetzung zur Achse relativ zur optischen
Achse zeigt, nämlich ein Verhältnis des Ab
standes von der optischen Achse zu dem Diagonal
abstand im Rasterfeld mit einer Abmessung von
5,2 inches angenommen als 1. Genauer gesagt, ist
die Lage der optischen Achse 0, während die
entfernteste Stelle von der optischen Achse
1 ist.
Bei der Berechnung der MTF (Modulationsübertragungs
funktion) wird 1 für einen Gewichtskoeffizienten
für das Licht mit einer Wellenlänge von λ= 621 (nm)
verwendet, während 5 für das Licht mit einer
Wellenlänge von λ = 582 (nm) verwendet wird.
100 wird für das Licht mit einer Wellenlänge von
λ = 543 (nm) und 30 wird für das Licht mit einer
Wellenlänge von λ = 688 (nm) verwendet.
Wie in Fig. 2 in Übereinstimmung mit dem Projektions
linsensytem 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, ist es möglich, eine MTF von 80%
oder mehr in der Mitte der Bildwand zu erzielen.
Darüber hinaus ist es möglich, eine geeignete
Modulationsübertragungsfunktion MRF bis zur Aus
dehnung des äußeren Randes der Bildwand sicherzu
stellen. In gleicher Weise wird eine hohe Modulations
übertragungsfunktion MTF sowohl in sagitaler Richtung
S als auch in meridionaler Richtung M realisiert.
Es kann somit erkannt werden, daß das Projektions
linsensystem 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel
eine gute Korrektur der Aberration bis zu den
Rändern der Bildwand ermöglicht und einen
weiten Feldwinkel und ein ausreichendes Fno (F-Zahl)
sicherstellt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht des Gesamt
aufbaus eines Projektionslinsensystems nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Dieses Linsensystem weist einen
Aufbau auf der Grundlage der in der Tabelle II
aufgelisteten numerischen Werte auf.
Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht die
dritte Linsengruppe L3 aus einer plan-konkaven
Linse.
Das Projektionslinsensystem 20 nach dem zweiten
Ausführungsbeispiel hat einen kleineren Halb-
Feldwinkel von 23 Grad und ein Fno von 1,17
im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie anhand der MTF-Kennlinie nach Fig. 4 zu
erkennen ist, wird nach dem zweiten Ausführungs
beispiel eine extrem hohe Modulationsübertragungs
funktion MTF von 90% und mehr an der optischen
Achse zur Verfügung gestellt. Weiterhin kann eine
geeignete Modulationsübertragungsfunktion MTF
selbst im Bereich entfernt von der optischen
Achse aufrechterhalten werden.
Folglich kann selbst bei dem Projektionslinsensystem
20 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel eine geeignete
Modulationsübertragungsfunktion MTF über den
gesamten Bereich der Bildwand sichergestellt werden
und eine ausreichende Aberrationskorrektur kann
auf der Bildwand erzielt werden.
Fig. 3 zeigt schematisch den Gesamtaufbau eines
Projektionslinsensystems nach einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
wobei als dritte Linsengruppe L3 eine bi-konkave
Linse verwendet wird.
Wie aus der Tabelle 3 zu entnehmen ist, stellt
das Projektionslinsensystem nach dem dritten
Ausführungsbeispiel einen Halb-Feldwinkel von
28 Grad sicher, der so groß ist wie derjenige
des Projektionslinsensystems des ersten Aus
führungsbeispiels und erzielt ein Fno (F-Zahl)
von 0,19.
Fig. 6 stellt die Modulationsübertragungsfunktions-
Kennlinie des Projektionsobjektivs nach dem
dritten Ausführungsbeispiel dar.
Wie aus dieser Kennlinie zu ersehen ist, kann mit
dem dritten Ausführungsbeispiel eine geeignete
Modulationsübertragungsfunktion MTF selbst bis
in den von der optischen Achse entfernten Bereichen
realisiert werden.
Das in Tabelle IV aufgelistete vierte Ausführungs
beispiel ist ein Muster eines Linsensystems, das
durch geringe Modifikationen des Linsensystems
nach dem dritten Ausführungsbeispiel erhalten wird.
Eine schematische Darstellung des vierten Aus
führungsbeispiels wird hier weggelassen, da der
Aufbau sehr ähnlich zu dem des Linsensystems
nach dem dritten Ausführungsbeispiel ist.
In dem Projektionslinsensystem nach dem vierten
Ausführungsbeispiel ist der Halb-Feldwinkel
28 Grad und ein Fno von 1,19 wird erhalten.
Wie die Fig. 7 zeigt, wird eine Modulations
übertragungsfunktions-Kennlinie ähnlich zu der
nach dem dritten Ausführungsbeispiel erzielt.
Fig. 8 zeigt schematisch den Aufbau eines
Projektionslinsensystems 50 nach dem fünften
Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht die dritte
Linsengruppe L3 wie im ersten Ausführungsbeispiel
aus einer Meniskus-Linse.
Es wird ein Fno von 1,17 und ein Halb-Feldwinkel ω
von 23 Grad erzielt, diese Werte sind äquivalent
zu denen des zweiten Ausführungsbeispiels.
Fig. 9 zeigt die Modulationsübertragungsfunktions-
Kennlinie des Projektionslinsensystems 50 des
fünften Ausführungsbeispiels. Dabei ist die
Modulationsübertragungsfunktions-Kennlinie an
dem Rand der Bildwand besonders hoch. Dazu zeigt
auch die MTF an der optischen Achse einen geeigneten
Wert.
Das in Tabelle VI beschriebene sechste Ausführungs
beispiel realisiert einen Halb-Feldwinkel ω
und ein Fno entsprechend dem fünften Ausführungs
beispiel und wegen der Ähnlichkeit mit dem Aufbau
des fünften Ausführungsbeispiels wird hier die
schematische Ansicht ausgelassen.
Wie in Fig. 10 dargestellt ist, ist es mit dem
sechsten Ausführungsbeispiel möglich, eine ungefähr
konstante Modulationsübertragungsfunktion MTF von
der Mitte an der optischen Achse bis zum Bereich,
entfernt von der optischen Achse, sicherzustellen,
d. h. es sei darauf hingewiesen, daß gemäß dem
sechsten Ausführungsbeispiel die Aberrationskorrektur
besonders an den Rändern der Bildwand erzielt wird.
Die einzelnen Ausführungsformen der sechs Aus
führungsbeispiele erfüllen die folgenden sechs
Beziehungen:
0,50 < f/f₁ < 0,60 (1)
-0,65 < f/f₃ < -0,57 (2)
0,55 < f/f4+5 < 0,85 (3)
0,50 < f₆ < 0,80 (4)
0,10 < d₂₃/f < 0,20 (5)
0,90 < d₃₄/d₂₃ < 1,8 (6)
wobei der Ausdruck 1 die Beziehung zwischen
f und f1 bezeichnet. Wenn f/f1 die obere Grenze
überschreitet, wird es unmöglich, die Korrektur
der Koma-Aberration zu erzielen, während die
Länge des Gesamtprojektionsobjetivs nachteilig
lang wird, wenn der Wert unter der unteren
Grenze liegt.
Der Ausdruck 2 bezeichnet die Beziehung zwischen
f und f3. Wenn f/f3 die obere Grenze überschreitet,
wird das sagitale Flimmern groß und es wird
unmöglich, eine Korrektur der chromatischen
Aberration durchzuführen. Wenn dagegen der Wert
f/f3 niedriger als die untere Grenze ist, wird
es schwierig, eine Korrektur der Koma-Aberration
zu erzielen.
Der Ausdruck 3 bezeichnet die Beziehung zwischen
f und f4+5. Wenn der Wert von f/f4+5 die obere
Grenze überschreitet, wird eine Korrektur der
Koma-Aberration schwierig, während, wenn der
Wert unter der unteren Grenze liegt, die Korrektur
der Koma-Aberration und des Astigmatismus wegen
der Notwendigkeit der Erhöhung der Vergrößerungs
kraft der sechsten Linsengruppe L6 schwierig
zu realisieren sind.
Der Ausdruck 4 stellt den Bereich der fokalen Länge
f6 der sechsten Linsengruppe dar. Wenn der Wert
die obere Grenze überschreitet, kann die Korrektur
der Koma-Aberration und des Astigmatismus nur schwer
realisiert werden. Wenn der Wert unter der unteren
Grenze liegt, wird es wegen der Notwendigkeit des
Erhöhens der Verstärkungskraft der vierten Linse L4
und der fünften Linse L5 schwer, die Koma-Aberration
zu korrigieren.
Der Ausdruck 5 zeigt die Beziehung zwischen d23,
d. h. dem axialen Abstand zwischen den Ober
flächen der zweiten und der dritten Linsengruppen
L2, L3, und der Brennweite f. Wenn in dieser
Beziehung d23/f die obere Grenze überschreitet,
kann die Korrektur der Koma-Aberration schwierig
erreicht werden, während die Korrektur des
Astigmatismus schwer zu realisieren ist, wenn
der Wert unter der unteren Grenze liegt.
Der Ausdruck 6 stellt die Beziehung zwischen dem
axialen Abstand d34, zwischen den Oberflächen
der dritten und der vierten Linsengruppe L3, L4
und dem axialen Abstand d23 zwischen den Linsen
oberflächen der zweiten und der dritten Linsen
gruppe L2, L3 dar. Wenn d34/d23 die obere Grenze
überschreitet, kann leicht die chromatische
Aberration auftreten. Wenn andererseits der Wert
unter der unteren Grenze liegt, kann in nachteiliger
Weise das sagitale Flimmern auftreten. Wenn im
allgemeinen der Wert den Bereich jedes beschriebenen
Ausdruckes überschreitet, muß der Grad der asphärischen
Oberfläche der zweiten Linsengruppe und der
siebenten Linsengruppe L2, L7 erhöht werden,
wodurch die Herstellung des Linsensystems erschwert
wird.
Jedes Ausführungsbeispiel entsprechend der vor
liegenden Erfindung erfüllt alle sechs Beziehungen
und daher werden die oben erwähnten Nachteile
verhindert und eine geeignete Aberrations-Korrektur
wird bis zu den Ecken bzw. Rändern der Bildwand
erzielt.
Mit der Verwendung des Projektionslinsensystems,
bestehend aus acht Linsengruppen, ist es möglich,
den ausreichenden Feldwinkel und die ausreichende
F-Zahl sicherzustellen und zusätzlich ist es
möglich, die geeignete Modulationsübertragungs
funktions-Kennlinie von der Mitte der Bildwand
bis zu ihrem äußeren Rand zu erhalten.
Somit ist es möglich, ein Projektionslinsensystem
zur Verfügung zu stellen, das für die Verwendung
beim Fernsehen (TV) mit hoher Auflösung geeignet
ist, dessen Entwicklung zur Zeit voranschreitet.
Wie in den Tabellen dargestellt ist, kann das
Projektionslinsensystem mit geringen Kosten
hergestellt werden, da jede Projektionslinsen
gruppe entsprechend der vorliegenden Erfindung
ohne die Verwendung von kostenintensivem Glas
material mit einem Brechungsindex von 1,7 oder
mehr gebildet werden kann.
Claims (12)
1. Projektionslinsensystem zur Anzeige eines
auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre
geformten Bildes auf einer Bildwand,
bestehend aus einer Mehrzahl von auf der
optischen Achse angeordneten Linsengruppen,
die vom Bildende des Linsensystems gesehen
wie folgt aufgebaut ist:
- a) eine erste Linsengruppe (L1) mit positiver Vergrößerungskraft, die an dem Bildende der Reihe von Projektionslinsen angeordnet ist und eine Meniskus-Form mit einer zum Bild konvexen Oberfläche aufweist;
- b) eine zweite Linsengruppe (L2) mit einer insgesamt positiven Vergrößerungskraft, die zwischen der ersten Linsengruppe (L1) und dem Bildschirm (P) angeordnet ist und insgesamt eine Meniskus-Form mit mindestens einer asphärischen Oberfläche und einer zum Bild konvexen Oberfläche aufweist;
- c) eine dritte Linsengruppe (L3) mit negativer Vergrößerungskraft, die zwischen der zweiten Linsengruppe (L2) und dem Bildschirm (P) angeordnet ist;
- d) eine vierte Linsengruppe (L4) mit positiver Vergrößerungskraft, die zwischen der dritten Linsengruppe (L3) und dem Bildschirm (P) angeordnet ist und bikonvex ausgebildet ist;
- e) eine fünfte Linsengruppe (L5) mit negativer Vergrößerungskraft, die zwischen der vierten Linsengruppe (L4) und dem Bildschirm (P) angeordnet ist und in Kontakt mit der der Kathodenstrahlröhre zugewandten Oberfläche der vierten Linsengruppe (L4) gehalten ist;
- f) eine sechste Linsengruppe (L6) mit positiver Vergrößerungskraft, die zwischen der fünften Linsengruppe (L5) und dem Bildschirm (P) angeordnet ist und bikonvex ausgebildet ist;
- g) eine siebente Linsengruppe (L7) mit einer insgesamt positiven Vergrößerungs kraft, die zwischen der sechsten Linsen gruppe und dem Bildschirm angeordnet ist und insgesamt eine Meniskus-Form mit mindestens einer asphärischen Oberfläche und einer zum Bild konkaven Oberfläche aufweist; und
- h) eine achte Linsengruppe (L8) mit negativer Vergrößerungskraft, die zwischen der siebenten Linsengruppe L7) und dem Bildschirm (P) angeordnet ist, und eine plan-konkave Form mit einer zum Bild konkaven Oberfläche aufweist.
2. Projektionslinsensystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jede der Linsen
gruppe die folgenden Beziehungen erfüllt:
0,50 < f/f₁ < 0,60
-0,65 < f/f₃ < -0,57
0,55 < f/f4+5 < 0,85
0,50 < f₆ < 0,80
0,10 < d₂₃/f < 0,20
0,90 < d₃₄/d₂₃ < 1,8,wobei f die Brennweite des gesamten Projektions objektivs bezeichnet; f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe, f3 die Brennweite der dritten Linsengruppe, f4+5 die Brennweite der aus der vierten Linsengruppe und der fünften Linsengruppe zusammengesetzten Linse, d23 der Abstand zwischen der Linsenoberfläche der zweiten Linsengruppe und der Linsen oberfläche der dritten Linsengruppe und d34 der Abstand zwischen der Linsenoberfläche der dritten Linsengruppe und der Linsenober fläche der vierten Linsengruppe.
-0,65 < f/f₃ < -0,57
0,55 < f/f4+5 < 0,85
0,50 < f₆ < 0,80
0,10 < d₂₃/f < 0,20
0,90 < d₃₄/d₂₃ < 1,8,wobei f die Brennweite des gesamten Projektions objektivs bezeichnet; f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe, f3 die Brennweite der dritten Linsengruppe, f4+5 die Brennweite der aus der vierten Linsengruppe und der fünften Linsengruppe zusammengesetzten Linse, d23 der Abstand zwischen der Linsenoberfläche der zweiten Linsengruppe und der Linsen oberfläche der dritten Linsengruppe und d34 der Abstand zwischen der Linsenoberfläche der dritten Linsengruppe und der Linsenober fläche der vierten Linsengruppe.
3. Projektionslinsensystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Linsengruppe
aus einem einzelnen Linsenelement besteht.
4. Projektionslinsensystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
und die siebente Linsengruppe asphärische
Oberflächen auf beiden Seiten aufweisen.
5. Projektionslinsensystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und
siebente Linsengruppe aus Kunststoff herge
stellt sind.
6. Projektionslinsensystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenoberfläche
der zweiten Linsengruppe keinen Biegepunkt
aufweisen.
7. Projektionslinsensystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Linsen
gruppe aus einer bikonkaven Linse besteht.
8. Projektionslinsensystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsen
gruppe aus einer Meniskus-Linse mit einer
zum Bild konvexen Oberfläche besteht.
9. Projektionslinsensystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte
Linsengruppe aus einer Meniskus-Linse
mit einer zum Bild konkaven Oberfläche besteht.
10. Projektionslinsensystem nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die dritte
Linsengruppe aus einer bikonkaven Linse
besteht.
11. Projektionslinsensystem nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die dritte
Linsengruppe aus einer Meniskus-Linse
mit einer zum Bild konvexen Oberfläche besteht.
12. Projektionslinsensystem nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die dritte
Linsengruppe aus einer plan-konvexen Linse
mit einer zum Bild gerichteten planen
Oberfläche besteht.
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---|---|
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