DE10244586A1

DE10244586A1 - Projektionsobjektiv

Info

Publication number: DE10244586A1
Application number: DE10244586A
Authority: DE
Inventors: Günther BENEDIX; Eberhard Dr. Piehler
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-21
Also published as: CN1495462A; CN1314985C; US20040125464A1; US6844984B2; CN101114048A; DE10244586B4

Abstract

Projektionsobjektiv mit veränderlicher Brennweite, bevorzugt zur Abbildung von Kippspiegelmatrizen oder reflektiven, beziehungsweise transmissiven LCDs, umfassend drei Linsengruppen (G1, G2, G3), die auf einer gemeinsamen optischen Achse (2) angeordnet sind, wobei, ausgehend von der der Projektionswand (1) zugekehrten Seite, die erste Linsengruppe (G1) zum Zwecke der Fokussierung und die zweite Linsengruppe (G2) zum Zwecke der Brennweitenvariation in ihrer Lage auf der optischen Achse (2) veränderbar und die dritte Linsengruppe (G3) ortsfest angeordnet sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist folgende Bedingung erfüllt: DOLLAR A 1,0 h max < dG2-G3 < 1,5 h max DOLLAR A und DOLLAR A s 10 mm, DOLLAR A wobei h max die maximale Objekthöhe, dG2-G3 die Distanz zwischen der Linsengruppe G2 und der Linsengruppe G3 in einer ersten Stellung und s die Schnittweite objektseitig sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Projektionsobjektiv mit veränderlicher Brennweite, bevorzugt zur Abbildung von Kippspiegelmatrizen oder reflektiven, beziehungsweise transmissiven LCD's, umfassend drei Linsengruppen, die auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind, wobei ausgehend von der der Projektionswand zugekehrten Seite die erste Linsengruppe zum Zwecke der Fokussierung und die zweite Linsengruppe zum Zwecke der Brennweitenvariation in ihrer Lage auf der optischen Achse veränderbar und die dritte Linsengruppe ortsfest angeordnet sind.

Allgemein bekannte Projektionsobjektive mit veränderlicher Brennweite, die speziell für o.g. Abbildungen verwendet werden, wie beispielsweise in EP 058 651 B1 und US 5644435 beschrieben, unterscheiden sich im wesentlichen durch die Anzahl der Linsen, deren Anordnung und die technischen Konstruktionsdaten in Verbindung mit den für das optische System geltenden Bedingungen.

Da es für Anwendungen meist wünschenswert ist, die Größe und den Ort der Abbildung zu verändern um somit die Projektion den unterschiedlichsten Raumdimensionen anzupassen, kommen hauptsächlich Projektionszoomsysteme zum Einsatz.

Projektionsobjektive bestehen daher vorwiegend aus einer Zoomeinrichtung, einer Kompensationseinrichtung und einer Foussiereinrichtung, wie sie von Aufnahmeobjektiven bekannt sind.

Dies führt dazu, dass zum Erreichen einer hohen Bildqualität derartige Systeme viele Linsenelemente besitzen, sehr komplex aufgebaut und somit sehr teuer sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Projektionsobjektiv der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem durch eine geringe Anzahl von optischen Elementen mit minimierten Abmessungen der fertigungstechnische Aufwand bei gleichzeitiger Gewährleitung einer hohen Abbildungsleistung reduziert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe, dadurch gelöst, dass folgende Bedingungen erfüllt sind:
1,0 h max < dG2 – G3 < 1,5 h max
und
s ≤ 10 mm,
wobei h max die maximale Objekthöhe, dG2 – G3 die Distanz zwischen der Linsengruppe G2 und der Linsengruppe G3 in einer ersten Stellung und s die Schnittweite objektseitig sind.

Das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv besitzt relativ wenige optische Elemente und ist somit sehr kostengünstig herzustellen.

Zur Verbesserung der Abbildungsleistung ist das Projektionsobjektiv zweckmäßigerweise so gestaltet, dass folgende Bedindungen erfüllt sind:
1,2 f1 < fG1 < 1,7 f1,
0,7 f1 < fG2 < 1,1 f1
1,5 f1 < fG3 < 2,0 f1
wobei
f1 = die Gesamtbrennweite des Objektivs in einer ersten Stellung,
fG1 = der Betrag der Brennweite der ersten Linsengruppe G1,
fG2 = der Betrag der Brennweite der zweiten Linsengruppe G2 und
fG3 = der Betrag der Brennweite der dritten Linsengruppe G3 sind.

Eine erfindungsgemäße Ausgestaltungsvariante besteht darin, dass ausgehend von der der Projektionswand zugekehrten Seite die

– die erste Linsengruppe aus einem negativen Meniskus, einem positiven Meniskus und einer Negativlinse,
– die zweite Linsengruppe aus einem negativen Meniskus oder einer aus einem positiven Meniskus und einem negativen Meniskus bestehenden negativen Baugruppe, einer Positivlinse und einer aus einer Positivlinse und einer Negativlinse bestehenden positiven Baugruppe und
– die dritte Linsengruppe aus mindestens einer Positivlinse besteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs bestehen darin, dass folgende Bedingungen erfüllt sind:
2,0 < L/f1 < 3,0
1,68 < navg < 1,74
40,0 < vavg < 44,0,
wobei
L = die Gesamtlänge des Objektivs,
navg = der durchschnittliche Brechungsindex des Objektivs und
vavg = der durchschnittliche Wert der Abbe-Zahl des Objektivs sind.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll das erfindungsgemäße Projektionsobjektiv näher erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche Elemente. Im einzelnen zeigen:

1: die Prinzipdarstellung des Projektionsobjektivs

2: die schematische Darstellung des Projektionsobjektivs mit in der zweiten Linsengruppe G2 als erstes Element angeordneter Baugruppe

3: die schematische Darstellung der Radien Ri und der Luftabstände bzw Linsendicken di nach 2

4: die schematische Darstellung des Projektionsobjektivs mit in der zweiten Linsengruppe G2 als erstes Element angeordneter Meniskuslinse

5: die schematische Darstellung der Radien Ri und der Luftabstände bzw. Linsendicken di nach 4

6: die grafische Darstellung der Abbildungsfehler für die Endstellungen des Brennweitenbereiches (f = 19,2 und f = 22,5) eines ersten Ausfühungsbeispiels nach den 2 und 3

7: die grafische Darstellung der Abbildungsfehler für die Endstellungen des Brennweitenbereiches (f = 25,8 und f = 30,0) eines zweiten Ausführungsbeispiels nach den 2 und 3

8: die grafische Darstellung der Abbildungsfehler für die Endstellungen des Brennweitenbereiches (f = 19,2 und f = 22,5) eines ersten Ausführungsbeispiels nach den 4 und 5

9: die grafische Darstellung der Abbildungsfehler für die Endstellungen des Brennweitenbereiches (f = 25,8 und f = 30,0) eines zweiten Ausführungsbeispiels nach den 4 und 5

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Projektionsobjektivs mit den, ausgehend von der Projektionswand 1, auf der gemeinsamen optischen Achse 2 angeordneten ersten Linsengruppe G1, der zweiten Linsengruppe G2 und der dritten Linsengruppe G3, wobei, wie aus der zweiten Teilabbildung ersichtlich, die zur Brennweitenkorrektur (←fok.→) verwendete zweite Linsengruppe G2 eine veränderte (korrigierte) Lage auf der optischen Achse 2 einnimmt. Die dem Objekt zugewandte dritte Linsengruppe G3 bleibt in seiner Lage auf der optischen Achse 2 unverändert, während die erste Linsengruppe G1 zum Zwecke der Fokussierung des Objektivs verschiebbar angeordnet ist.

In 2 ist die schematische Darstellung des Projektionsobjektivs mit einer in der Linsengruppe G1 angeordneten negativen Meniskuslinse 3, einer positiven Meniskuslinse 4 sowie einer Negativlinse 5 dargestellt.

Die Linsengruppe G2 besteht in diesem Beispiel aus einer positiven Meniskuslinse 6 und einer negativen Meniskuslinse 7 (Baugruppe), einer Positivlinse 8 und einer aus einer Positivlinse 9 und einer Negativlinse 10 bestehenden positiven Baugruppe.

Die Linsengruppe G3 ist durch eine Positivlinse 11 charakterisiert.

3 zeigt die Kennzeichnung der Radien Ri (i = 1 bis 16) und der Luftabstände bzw. Linsendicken di (i = 1 bis 16) zu der in 2 dargestellten Variante des Projektionsobjektivs. Ausgehend davon wird diese Variante durch zwei, hinsichtlich der Konstruktionsdaten verschiedene, Ausführungsbeispiele gezeigt. Die Konstruktionsdaten der Ausfühungsbeispiele dazu sind in den Tabellen 1 und 2 in Verbindung mit Tabelle 5, die den Ausführungsbeispielen nachgestellt sind, dargestellt.

In Abänderung zum Beispiel nach 2 und 3 wird in 4 die Darstellung des Projektionsobjektivs mit in der zweiten Linsengruppe G2 als erstes Element angeordneter negativer Meniskuslinse 12, an Stelle der Baugruppe, bestehend aus der positiven Meniskuslinse 6 und einer negativen Meniskuslinse 7, gezeigt. 5 zeigt dazu die Kennzeichnung der Radien Ri (i = 1 bis 15) und der Luftabstände bzw. Linsendicken di (i = 1 bis 14). Ausgehend davon wird diese Ausgestaltungsvariante durch zwei, hinsichtlich der Konstruktionsdaten verschiedenartige, Ausführungsbeispiele, die in Tabellen 3 und 4 in Verbindung mit Tabelle 5 aufgezeigt sind, charakterisiert.

In den 6 und 7 werden die Abbildungsfehler für die Endstellungen des Brennweitenbereiches f = 19,2 bzw. f = 22,5 (erstes Ausführungsbeispiel) und f = 25,8 und f = 30,0 (zweites Ausführungsbeispiel) nach der Variante des Projektionsobjektivs aus den 2 und 3 grafisch dargestellt.

In Analogie zu dieser Darstellungsweise zeigen die 8 und 9 die Abbildungsfehler der beiden Ausführungsbeispiele des Projektionsobjektivs nach den Linsengruppenanordnungen aus den 4 bzw. 5 für die gleichen Endstellungen der Brennweitenbereiche.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

1: Projektionswand
2: optische Achse
3 bis 12: Linse
R: Radius
G1, G2, G3: Linsengruppe
d: Luftabstand, Linsendicke
f: Brennweite

Claims

Projektionsobjektiv mit veränderlicher Brennweite, bevorzugt zur Abbildung von Kippspiegelmatrizen oder reflektiven, beziehungsweise transmissiven LCD's, umfassend drei Linsengruppen (G1, G1, G3), die auf einer gemeinsamen optischen Achse (2) angeordnet sind, wobei ausgehend von der der Projektionswand (1) zugekehrten Seite die erste Linsengruppe (G1) zum Zwecke der Fokussierung und die zweite Linsengruppe (G2) zum Zwecke der Brennweitenvariation in ihrer Lage auf der optischen Achse (2) veränderbar und die dritte Linsengruppe (G3) ortsfest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingungen erfüllt sind: 1,0 h max <dG2 – G3 < 1,5 h max und s ≤ 10 mm, wobei h max die maximale Objekthöhe, dG2 – G3 die Distanz zwischen der Linsengruppe G2 und der Linsengruppe G3 in einer ersten Stellung und s die Schnittweite objektseitig sind.
Projektionsobjektiv, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist: 1,2 f1 < fG1 < 1,7 f1, wobei f1 die Gesamtbrennweite des Objektives in einer ersten Stellung und fG1 der Betrag der Brennweite der ersten Linsengruppe G1 sind.
Projektionsobjektiv, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist: 0,7 f1 < fG2 < 1,1 f1, wobei fG2 der Betrag der Brennweite der zweiten Linsengruppe G2 ist.
Projektionsobjektiv, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist: 1,5 f1 < fG3 < 2,0 f1, wobei fG3 der Betrag der Brennweite der dritten Linsengruppe G3 ist.
Projektionsobjektiv, nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der der Projektionswand (1) zugekehrten Seite die – die erste Linsengruppe (G1) aus einem negativen Meniskus (3), einem positiven Meniskus (4) und einer Negativlinse (5), – die zweite Linsengruppe (G2) aus einem negativen Meniskus (12) oder einer aus einem positiven Meniskus (6) und einem negativen Meniskus (7) bestehenden negativen Baugruppe, einer Positivlinse (8) und einer aus einer Positivlinse (9) und einer Negativlinse (10) bestehenden positiven Baugruppe und – die dritte Linsengruppe (G3) aus mindestens einer Positivlinse (11) besteht.
Projektionsobjektiv, nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist: 2,0 < L/f1 < 3,0, wobei L die Gesamtlänge des Objektivs ist.
Projektionsobjektiv, nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist: 1,68 < navg < 1,74, wobei navg der durchschnittliche Brechungsindex des Objektivs ist.
Projektionsobjektiv, nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist: 40,0 < vavg < 44,0, wobei vavg der durchschnittliche Wert der Abbe-Zahl des Objektivs ist.