NL8602974A - Projektielenzenstelsel. - Google Patents

Description

i 4 PHN 11.957 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Projektielenzenstelsel.

De uitvinding heeft betrekking op een projektielenzenstelsel voor het projekteren in een beeldruimte van een beeld van een zich in een voorwerpsruimte bevindende beeldbron, welk lenzenstelsel gerekend vanaf de beeldzijde achtereenvolgens bevat een 5 eerste, positieve, lensgroep, en minstens een tweede, negatieve, lensgroep waarvan het naar de beeldzijde gerichte oppervlak konkaaf is.

De beeldbron kan gevormd worden door een kathodestraalbuis of door een lichtbron en een elektronisch stuurbare platte weergeefinrichting opgebouwd uit een matrix van beeldcellen die, 10 afhankelijk van het stuursignaal, licht reflekteren of absorberen, respektievelijk licht doorlaten of absorberen. In plaats van geabsorbeerd kan het licht ook verstrooid worden.

Een dergelijk projektielenzenstelsel is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.526.442 en wordt daar gebruikt voor het 15 projekteren van een scène in één kleur op een projektiescherm.

Door superpositie van drie verschillend gekleurde scènes op het projektiescherm kan een kleurenbeeld, bijvoorbeeld een kleurentelevisiebeeld verkregen worden. In het bekende projektielenzenstelsel is tussen de eerste en tweede lensgroep een derde 20 lensgroep aangebracht in de vorm van een positieve lens. De tweede lensgroep bestaat uit een plankonkaaf lenselement, ook wel veldkrommingskorrektielens of "Field Flattener" genoemd, die er voor zorgt dat de zogenaamde Petzval-kromming van de twee andere lensgroepen gekompenseerd wordt. De tweede lensgroep levert vrijwel de totale 25 sterkte van het lenzenstelsel en wordt dan ook de hoofdgroep genoemd. De eerste lensgroep heeft als voornaamste funktie het korrigeren van aberraties.

In een beeldprojektiesysteem, met name een kleurentelevisieprojektiesysteem, is het gewenst dat zoveel mogelijk van 30 het door de beeldbron geleverde licht op het projektiescherm terecht komt. Daartoe is het vereist dat het projektielenzenstelsel zoveel mogelijk licht van de beeldbron opvangt, hetgeen betekent dat dit 8602974 ï » PHN 11.957 2 stelsel een grote numerieke apertuur moet hebben, en dat het dit licht met een zo een klein mogelijke verzwakking doorlaat. Voor een projektietelevisiesysteem is een verdere eis dat de totale lengte van dit systeem zo klein mogelijk is, zodat dit systeem, eventueel in 5 opgevouwen toestand, in een kast met voor konsumententoepassingen aanvaardbare afmetingen ondergebracht kan worden. Dat betekent dat de brandpuntsafstand van het projektielenzenstelsel zo klein mogelijk moet zijn. Verder moet met dit lenzenstelsel een zo groot mogelijk projektiescherm zo uniform mogelijk verlicht worden opdat de 10 toeschouwers een zo groot mogelijk beeld van goede kwaliteit aangeboden krijgen. Om dit te bereiken moet, vooral voor het korrekt weergeven van de randen van het beeld, het projektielenzenstelsel een grote veldhoek hebben aan de beeldzijde. Onder deze veldhoek wordt verstaan de hoek tussen de optische as van het projektielenzenstelsel en de centrale as 15 van een naar de rand van het projektiescherm gerichte lichtbundel die met nog aanvaardbare vignettering door het projektielenzenstelsel treedt. Deze veldhoek is evenredig met het quotiënt halve diagonaal van het projektiescherm vergroting x brandpuntsafstand 20 Het produkt in noemer wordt ook wel de beeldprojektieafstand genoemd. Deze afstand bepaalt de benodigde optische weglengte voor het projektiesysteem.

In het projektielenzenstelsel volgens het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.526.442 is tussen de eerste lensgroep en de derde 25 lensgroep een spiegel geplaatst die de optische as van het lenzenstelsel over een hoek van ongeveer 90° draait. Daardoor wordt weliswaar de inbouwlengte van het projektielenzenstelsel verkleind; echter de brandpuntsafstand van dit stelsel is nog relatief groot. De eerste en derde lensgroep moeten zich op voldoend grote afstand van elkaar 30 bevinden om de spiegel te kunnen plaatsen, waardoor het projektielenzenstelsel een aanzienlijke vignettering vertoont. Weliswaar kan de vignettering gereduceerd worden door de diameter van het eerste lenselement te vergroten, maar dat is weer nadelig met het oog op de benodigde hoeveelheid lensmateriaal en het gewicht van het lenselement. 35 De onderhavige uitvinding heeft ten doel een verbeterd projektielenzenstelsel te verschaffen dat vrijwel aberratievrij is, dat een korte brandpuntsafstand paart aan een grote veldhoek aan de 8602974 PHN 11.957 3 * 4 beeldzijde, dat verder een grote numerieke apertuur heeft, terwijl niet alleen de lengte van het stelsel verkleind is maar bovendien de diameter van de lenselementen verminderd is en het gewicht van het stelsel aanvaardbaar is.

5 Het projektielenzenstelsel volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat de eerste lensgroep wordt gevormd door een enkelvoudig lenselement dat behalve een eerste, naar de beeldzijde gericht, brekend oppervlak en een tweede, naar de voorwerpszijde gericht, brekend oppervlak een derde, tussen het eerste en het tweede oppervlak gelegen, 10 stralingsreflekterend oppervlak bevat, dat de pupil van het projektielenzenstelsel binnen het eerste enkelvoudige lenselement is gelegen, en dat het eerste brekende oppervlak een asferisch oppervlak is.

De voorwaarde: dat de pupil binnen het eerste lenselement 15 gelegen is, omvat ook de mogelijkheid dat de pupil in het eerste oppervlak van dit element gelegen kan zijn. Voor bepaalde toepassingenn kan indien de pupil zelfs iets buiten het eerste lensoppervlak gelegen is nog een aanvaardbaar resultaat verkregen worden.

Het eerste lenselement kan aangeduid worden als een 20 opgevouwen lens (Engels: "folded lens"). De optische weglengte in deze lens is gelijk aan die in een tweemaal zo dikke lens, echter het volume en dus het gewicht is slechts de helft van die van de dikke lens. Het reflekterende oppervlak van het eerste lenselement vervult verder dezelfde funktie als de spiegel in het projektielenzenstelsel volgens 25 het genoemde Amerikaanse octrooischrift nr. 4.526.442, namelijk de richting van de afbeeldende bundel zodanig veranderen dat, eventueel met behulp van extra spiegels, het volume van het projektiesysteem verkleind kan worden. Doordat de reflektor in het eerste lenselement ingebouwd is behoeft geen ruimte voor een dergelijke reflektor tussen de eerste en 30 tweede lensgroep gereserveerd te worden, zodat de optische weglengte in het projektielenzenstelsel verkleind wordt, waardoor de vignettering van scheve bundels als gevolg van begrenzingen in het stelsel verminderd wordt en de diameter van de lenselementen beperkt kan blijven. Het eerste, opgevouwen, lenselement kan, gezien vanaf de beeldzijde, een 35 tussenafbeelding vormen die vrijwel geen koma en astigmatisme vertoont, terwijl het bovendien, bij gelijkblijvende veldhoek aan de beeldzijde die aan de voorwerpszijde verkleint met een faktor gelijk aan de 8602974 • % PHN 11.957 4 brekingsindex van het lensmateriaal. Bij de gereduceerde veldhoek kan de verdere afbeelding naar de beeldbron toe met de bundel, die door het eerste lenselement al konvergerend gemaakt is, tot stand gebracht worden met behulp van een eenvoudige additioneel lenselement of meerdere van 5 dergelijke elementen.

Gebleken is dat goede resultaten verkregen worden indien het eerste lenselement als verder kenmerk vertoont dat het asferische oppervlak, gezien vanaf de beeldzijde, in een gebied rondom de optische as konvex is en daarbuiten konkaaf.

10 Een uitvoeringsvorm van het projektielenzenstelsel volgens de uitvinding vertoont als verder kenmerk, dat het tweede brekende oppervlak van het eerste lenselement een asferisch oppervlak is. Daarmee kan de resterende aberratie in de gevormde afbeelding verminderd worden.

15 Een voorkeursuitvoeringsvorm van het projektielenzenstelsel volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat tussen de eerste en tweede lensgroep een derde lensgroep is aangebracht die bestaat uit een enkelvoudig bikonvex lenselement en dat dit lenselement een gedeelte van de totale sterkte van het 20 projektielenzenstelsel levert. Bij voorkeur is de optische sterkte van het derde lenselement ongeveer gelijk aan die van het eerste lenselement.

Door een gedeelte van de sterkte van het eerste lenselement over te brengen naar het tweede lenselement wordt het 25 ontwerp voor wat betreft aberraties verbeterd. De vorm van het eerste lenselement is dan aangepast waarbij echter de grondvorm behouden blijft. De pupil van het projektielenzenstelsel is dan iets naar de voorwerpszijde verschoven, maar bevindt zich nog steeds in de eerste helft van het eerste lenselement, waardoor nog steeds een aanzienlijke 30 veldhoekreduktie bereikt wordt.

Een eerste uitvoeringsvorm van dit projektielenzenstelsel vertoont als verder kenmerk, dat het naar de beeldzijde gerichte brekende oppervlak van het derde lenselement asferisch is. Dit draagt bij tot een vermindering van de aberraties van de scheve bundels in het 35 projektielenzenstelsel.

Een tweede uitvoeringsvorm van dit projektielenzenstelsel vertoont als kenmerk, dat de naar de voorwerpszijden gerichte 8602974 * « PHN 11.957 5 oppervlakken van het eerste en derde lenselement asferisch zijn. Dit projektielenzenstelsel bevat derhalve vier asferische oppervlakken.

Bij voorkeur bestaat het eerste lenselement uit een glazen lenssubstraat en wordt een asferisch oppervlak van dit 5 lenselement gevormd door een asferisch buitenprofiel van een laag doorzichtige kunststof die op het glazen lenssubstraat is aangebracht.

Het voordeel van deze uitvoeringsvorm van het eerste lenselement is dat dit element enerzijds relatief ongevoelig is voor veranderingen in de omgevingsparameters, zoals temperatuur en vochtigheid, terwijl 10 anderzijds het aanbrengen van het asferische oppervlak op het lenselement relatief eenvoudig is.

Om dezelfde redenen bestaat ook het tweede lenselement bij voorkeur uit een glazen lenssubstraat en wordt een asferisch oppervlak van dit lenselement gevormd door een asferisch buitenprofiel 15 van een laag doorzichtige kunststof die op het glazen lenssubstraat is aangebracht.

Bij voorkeur bestaat de derde lensgroep uit een kunststof lenselement en vertoont het konkave oppervlak daarvan een asferisch profiel.

20 De uitvinding heeft ook betrekking op een kleurentelevisieprojektiesysteem dat bevat drie beeldbronnen, elk voor een der primaire kleuren rood, groen en blauw, een projektiescherm en drie projektielenzenstelsels die elk aangebracht zijn tussen een der beeldbronnen en het projektiescherm. Dit systeem vertoont als kenmerk, 25 dat elk der projektielenzenstelsels wordt gevormd door een projektielenzenstelsel zoals hierboven beschreven is.

De uitvinding zal nu verder worden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen: figuur 1 schematisch en in perspektief een 30 uitvoeringsvorm van een kleurentelevisieprojektiesysteem voorzien van een drietal projektielenzenstelsels volgens de uitvinding, figuur 2 een uitvoeringsvorm van een dergelijk projektielenzenstelsel in dwarsdoorsnede, de figuren 3, 4 en 5 de grondvorm en verdere 35 ontwikkelingsvormen van het projektielenzenstelsel volgens de uitvinding alsmede de stralengangen door deze stelsels, en figuur 6 een andere uitvoeringsvorm van het 8602974 ί % ΡΗΝ 11.957 6 projektielenzenstelsel.

Het kleurentelevisieprojektiesysteem van figuur 1 bevat een kleurentelevisieontvanger 1. Een ingang van deze ontvanger die gekoppeld is aan bijvoorbeeld een antenne 2 ontvangt een 5 kleurentelevisiesignaal dat opgedeeld wordt in een rood, groen en blauw signaal. Deze signalen worden toegevoerd aan drie afzonderlijke beeldweergeefinrichtingen, in dit voorbeeld drie kathodestraalbuizen, 3, 4 en 5 op de beelschermen waarvan een rood, groen en blauw beeld verschijnen. Door de bij de afzonderlijke buizen behorende en 10 schematisch weergegeven projektielenzenstelsels 6, 7 en 8 worden deze beelden geprojekteerd op een projektiescherm 10. Duidelijkheidshalve zijn slechts de hoofdstralen van bundels die een punt van een beeldvenster op een punt van het projektiescherm afbeelden aangegeven.

De door elke weergeefbuis uitgezonden en door het bijbehorende 15 projektielenzenstelsel tredende straling bestrijkt het gehele projektiescherm 10. Tussen de projektielenzenstelsels en het projektiescherm is een spiegel 9 aangebracht die de uit de projektielenzenstelsels tredende bundels naar het projektiescherm reflekteert. Deze spiegel vouwt de stralingsweg op waardoor het 20 projektiesysteem ondergebracht kan worden in een kast met relatief geringe diepte, zonder de stralingsweg behoeven in te korten.

De drie enkelkleurige beelden moeten op het projektiescherm gesuperponeerd worden. Daartoe zijn de op één lijn gelegen weergeefbuizen iets naar elkaar toegeneigd, dat wil zeggen dat 25 de normalen op de schermen van de buizen 3 en 5 een kleine hoek maken met de normaal op het scherm van de buis 4.

In het projektiescherm 10 wordt de straling van de drie bundels verstrooid over een relatief grote hoek in de Y-richting, dat wil zeggen in de horizontale richting voor de waarnemer W, terwijl in de 30 Z-richting, de vertikale richting voor de waarnemer W, de straling over een kleinere hoek verstrooid wordt. De waarnemer W ziet een beeld dat de superpositie is van de vergrootte beelden van de weergeef buizen.

De monochrome beelden behoeven niet geleverd te worden door kathodestraalbuizen, maar kunnen ook verschaft worden door andere 35 beeldweergeefinrichtingen, zoals een elektronisch gestuurde platte weergeefinrichting opgebouwd uit een matrix van beeldcellen, bijvoorbeeld een vloeibare-kristallenweergeefinrichting ("Liquid Crystal 8602974 * ¥ PHN 11.957 7

Display" of "LCD") die wordt bestraald door een brede lichtbundel.

Elk van de projektielenzenstelsels 3, 4 en 5 moet de scène van het beeldscherm van de bijbehorende buis op het projektiescherm afbeelden met hoge afbeeldingskwaliteit, ook aan de rand 5 van het beeld. Een dergelijk projektielenzenstelsel moet een hoge numerieke apertuur hebben en de bij een bepaalde vergroting behorende beeldafstand moet liefst zo klein mogelijk zijn. Verder moet de veldhoek aan de beeldzijde zo groot mogelijk zijn. De lenselementen van het stelsel mogen niet te groot en te zwaar zijn en het aantal elementen 10 moet zo klein mogelijk zijn, terwijl het stelsel toch voldoende voor aberraties gekorrigeerd moet zijn. De brandpuntsafstand van het totale stelsel moet zo klein mogelijk zijn en niet afhankelijk van variaties in de omgevingsparameters.

De onderhavige uitvinding verschaft een nieuwe klasse van 15 projektielenzenstelsels waarin op optimale wijze aan de hierboven genoemde, gedeeltelijk tegenstrijdige, eisen tegemoet wordt gekomen.

In figuur 2 is een voorkeursuitvoeringsvorm van een projektielenzenstelsel volgens de uitvinding op schaal weergegeven.

Gerekend vanaf de beeldzijde bevat dit stelsel een eerste lensgroep 20 gevormd door een opgevouwen lenselement L^, een derde lensgroep bestaande uit een bikonvex lenselement L2 en een tweede lensgroep bestaande uit een konkaaf-konvex lenselement L3, de veldkrommingskorrektielens of "Field Flattener". Het konkave oppervlak van het lenselement L3 is aangeduid met Sg. De kromming van het 25 tweede oppervlak Sη van het lenselement L3 is aangepast aan die van het beeldvenster FP van de verder niet weergegeven beeldbuis. In de in figuur 2 getoonde uitvoeringsvorm is dit beeldvenster, en dus ook het oppervlak S7 konkaaf gezien vanaf de beeldzijde. Het voordeel van een gekromd beeldvenster is dat de randen van het projektiescherm beter 30 belicht worden doordat de hoek tussen de hoofdstraal van een van de rand van het beeldvenster afkomstige en scheef door het projektielenzenstelsel gaande bundel en de normaal op het beeldvenster door de kromming verminderd wordt.

Tussen het beeldvenster FP en het oppervlak van het 35 lenselement L3 kan zich een plaatvormige houder CP bevinden. Door deze houder stroomt een koelvloeistof bestaande uit bijvoorbeeld water en glycol. Een dergelijke koeling is gewenst in verband met het feit dat de 8 6 0 2 S 7 4 PHN 11.957 8 I 4 weergeefbuis een grote helderheid moet hebben, zodat, zonder koeling, de temperatuur van het luminescerend materiaal dat in het beeldscherm achter het beeldvenster is aangebracht fors zou kunnen stijgen, waardoor de helderheid van de buis zou kunnen afnemen.

5 Het in figuur 2 weergegeven eerste lenselement is het resultaat van een nieuw gedachtenconcept bij het ontwerpen van projektielenzenstelsels. Daarbij is uitgegaan van een, in figuur 3 getoonde dikke plankonvexe lens L·^', waarbij het kromtemiddelpunt M van het konvexe lensoppervlak S3' op het platte oppervlak S^' is 10 gelegen. Hoewel in het projektiesysteem de stralen van rechts naar links verlopen, is in figuur 3 de stralengang van links naar rechts getekend. Deze omkering is toegestaan in dit soort optische stelsels en wordt hier gebruikt omdat daardoor het inzicht in de werking van het stelsel wordt vereenvoudigd. De in figuur 3 weergegeven bundel b1 is een 15 denkbeeldige bundel die afkomstig is van het centrum van het projektiescherm. Vanwege de relatief grote afstand tussen het lenselement ' en het projektiescherm is de bundel b^ slechts licht divergerend. Deze bundel, waarvan de hoofdstraal samenvalt met de optische as 00' van het lenselement ', wordt gekonvergeerd in het 20 punt op de optische as. Met b2 is een, eveneens denkbeeldige, licht divergerende bundel aangeduid die afkomstig is van de rand van het projektiescherm en met nog aanvaardbare vignettering door het lenselement L^' gaat. De hoofdstraal van deze bundel snijdt de optische as in het punt M. Voor dit lenselement is de pupil PP', de 25 intreepupil gezien vanaf het projektiescherm en de uittreepupil gezien vanaf de beeldbron, derhalve gelegen ter plaatse van het eerste brekende oppervlak S^' van het lenselement L·^'. De hoofdstraal van de bundel b2 valt loodrecht in op het konvexe oppervlak S3' en passeert dit oppervlak zonder breking. De randstralen van de bundel b2 worden door 30 het oppervlak S3' gebroken naar de hoofdstraal toe, zodanig dat de bundel b2 wordt gefokusseerd in het punt F2.

Door gebruik van een lenselement L·^' volgens figuur 3 in een projektiesysteem wordt bereikt dat de veldhoek waaronder de rand van het projektiescherm door de, zich tussen de beeldbron en het 35 lenselement bevindende, elementen van het projektielenzenstelsel wordt waargenomen gereduceerd wordt. De veldhoek is de hoek α waaronder de hoofdstraal van de op het oppervlak s^' invallende bundel b2 de 8602974 *' « PHN 11.957 9 optische as snijdt. Na breking door dit oppervlak maakt deze hoofdstraal een hoek β met de optische as. De veldhoekreduktie wordt gegeven door sjnfl _ Ü sma n0 5 1 waarin n2 de brekingsindex van het lensmateriaal is en n1 die van het omringende medium. Indien het lenselement zich in lucht bevindt waarvoor n1 = 1, wordt de veldhoek gereduceerd met ongeveer een faktor 10 gelijk aan n2.

Bij deze gereduceerde veldhoek en de door het lenselement L.j' tot stand gebrachte konvergentie van de bundels kan de verdere afbeelding tot stand gebracht worden met slechts enkele eenvoudige additionele lenselementen. In bepaalde toepassingen zou volstaan kunnen 15 worden met slechts de konkave lens I.3 uit figuur 2. In figuur 4 is een uitvoeringsvorm van een projektielenzenstelsel met slechts de dikke lens Lj' en de konkave lens L3 weergegeven.

De lens ' kan een tussenafbeelding, die in figuur 3 schematisch door de punten en F2 is aangegeven, vormen die 20 vrijwel geen koma en astigmatisme vertoont, echter wel nog behept is met sferische aberratie. Deze aberratie kan gereduceerd worden door het eerste oppervlak S1 van het lenselement ' als asferisch oppervlak uit te voeren. Bij voorkeur is dit oppervlak in een gebied rondom de optische as konvex en buiten dit gebied konkaaf, zoals in figuur 4 25 aangegeven is. Om een verdere reduktie van aberraties te bewerkstelligen kan ook het tweede oppervlak S3" van het lenselement ' asferisch zijn. Aangezien ook het konkave oppervlak Sg van het lenselement 13 asferisch is, bevat het projektielenzenstelsel volgens figuur 4 in totaal drie asferische oppervlakken. Dit stelsel kan een 30 brandpuntsafstand van 78 mm en een numerieke apertuur, aan de voorwerpszijde, van 0,30 tot 0,35 hebben.

Een aanzienlijke verhoging van de numerieke apertuur en vermindering van aberraties bij gelijkblijvende brandpuntsafstand kan verkregen worden door toevoeging van een derde, bikonvex lenselement.

35 Een dergelijk projektielenzenstelsel, dat niet alleen uitermate geschikt is voor het projekteren van hedendaagse televisiebeelden maar ook voor het projekteren van toekomstige hoge-definitie televisiebeelden, is in 8602974 • » PHN 11.957 10 figuur 5 weergegeven. De optische sterkte van het projektielenzenstelsel is nu verdeeld over het eerste dikke lenselement L·^ en het derde lenselement L2- Bij voorkeur hebben deze lenselementen ongeveer gelijke optische sterkten. Daartoe is het lenselement iets 5 aangepast, de grondvorm van deze lens is echter behouden gebleven. De pupil PP' van het stelsel is iets naar de voorwerpszijde toe verplaatst maar bevindt zich nog steeds vrij dicht bij het eerste brekende oppervlak S^, zodat de veldhoekreduktie vergelijkbaar is met die welke optreedt in de stelsels volgens de figuren 3 en 4. Indien de 10 oppervlakken S^f en Sg asferische oppervlakken zijn kan een numerieke apertuur van ruim 0,40 bij een brandpuntsafstand van 78 mm gerealiseerd worden.

Het lenselement L·^' in de figuren 3 en 4 is een dik lenselement uit glas en dus relatief duur en zwaar. Zoals al aangegeven 15 is in figuur 5 wordt het projektielenzenstelsel zó ontworpen dat dit lenselement nog iets dikker wordt zodanig dat een denkbeeldig diagonaalvlak d door het lenselement aangebracht kan worden. Door nu het lensmateriaal onder dit vlak weg te laten, dit vlak reflekterend te maken en het oppervlak op de bovenkant van het lenselement aan te 20 brengen, wordt een opgevouwen lenselement (L^ in figuur 2) verkregen dat hetzelfde gedrag vertoont als het lenselement ' volgens figuur 5. Het opgevouwen lenselement heeft ten opzichte van het lenselement L.|' in figuur 5 het voordeel dat de benodigde hoeveelheid optisch hoogwaardig lensmateriaal tot de helft is teruggebracht, zodat het 25 opgevouwen lenselement aanzienlijk lichter en goedkoper is. Bovendien reflekteert het vlak S2 de projektiebundel in een richting die optimaal is voor het verder opvouwen van de stralingsweg in het projektiesysteem.

Het vlak S2 van het lenselement Li kan reflekterend 30 worden gemaakt door een zilverlaag aan te brengen, bijvoorbeeld door opdampen.

Ook in het projektielenzenstelsel volgens figuur 4, met slechts twee lenselementen, kan het eerste lenselement vervangen worden door een opgevouwen lenselement. Dit projektielenzenstelsel bevat bij 35 voorkeur drie asferische oppervlakken S^, 83' en Sg.

In de uitvoeringsvormen volgens de figuren 2 en 5 kunnen de lensoppervlakken en Sg asferisch zijn.

8602974 • · PHN 11.957 11

Het optische gedrag van de lenselementen en L2, die de optische sterkte en de brandpuntsafstand van het projektielenzenstelsel bepalen, moet onafhankelijk zijn van variaties in de temperatuur of vochtigheid van het omringende medium. Anderzijds 5 moeten deze lenselementen asferische oppervlakken hebben die moeilijk in glas te realiseren zijn. Bij voorkeur bestaan daarom deze lenselementen uit glazen substraten L1 s respektievelijk L2 s, waarop aan de asferische zijde een dunne laag doorzichtige kunststof L* , 11 α respektievelijk L2 a, met een asferisch buitenprofiel 10 respektievelijk S4 is aangebracht. a, respektievelijk S2 a zijn de binnenoppervlakken van de dunne lagen & respektievelijk L2 a-Aangezien de lagen slechts dun zijn heeft een verandering van de brekingsindex of van de vorm van deze lagen, ten gevolge van variaties in de omgevingsparameters, slechts een gering effekt op het gedrag van 15 de lenselementen als geheel.

In figuur 6 is een andere uitvoeringsovrm van het projektielenzenstelsel volgens de uitvinding weergegeven. Dit stelsel bevat vier in plaats van drie asferische oppervlakken, namelijk de oppervlakken S^, S-j, en Sg. Evenals in het stelsel volgens 20 figuur 2 kunnen de lenselementen en L2 weer bestaan uit glazen lenssubstraten, s en L2 s; waarop aan de asferische zijden dunne lagen doorzichtige kunststof, a1, a3 en L2jap, met asferische buitenprofielen S^, S3 en aangebracht zijn. Door het projektielenzenstelsel van vier asferische oppervlakken te voorzien kan 25 een goedkoper glas met lagere brekingsindex voor de lenselementen en L2 gebruikt worden.

De asferische lagen kunnen op de lenssubstraten aangebracht worden met behulp van een zogenaamd replika-proces. Daarbij wordt gebruik gemaakt van matrijzen met binnenprofielen die het 30 omgekeerde zijn van de gewenste buitenprofielen van de te vormen lagen.

Op een lenssubstraat wordt dan een, in voldoend weke toestand gebrachte, doorzichtige kunststof, bijvoorbeeld een met ultraviolette straling polymeriseerbare kunststof, aangebracht waarna een matrijs er in gedrukt wordt. Vervolgens wordt de kunststof gehard, bijvoorbeeld door 35 bestraling met ultraviolet licht, en wordt de matrijs verwijderd waarbij de lens beschikbaar komt zonder dat er verdere bewerkingen nodig zijn.

Het korrigerende lenselement L3 kan geheel uit 8602974 PHN 11.957 12 kunststof, bijvoorbeeld polymethylmethacrylaat (PMMA) of uit polycarbonaat (PC) bestaan. Het asferisch profiel op het oppervlak Sg kan al tijdens het persen van het lenselement aangebracht worden door gebruik te maken van een matrijs met een asferisch profiel. Het is ook 5 mogelijk het asferische profiel na het vormen van het lenselement L3 aan te brengen met behulp van het replika-proces.

De asferische oppervlakken, bijvoorbeeld S^, en Sg van de figuren 2 en 5, kunnen worden gekarakteriseerd door 10 6 » EL ^21 i=1 waarin Y de afstand van een punt op het asferische opprvlak tot de 15 optische as van het lenselement is en Z de afstand tussen de projektie van dit punt op de optische as en het snijpunt van de optische as met het asferische oppervlak.

Voor een uitvoeringsvorm van het projektielenzenstelsel volgens figuur 2, waarin het lenselement bestaat uit glas met het 20 typenummer SF2 van de firma Schott en het lenselement L2 evenals het lenselement L3 uit polycarbonaat en waarvan de brandpuntsafstand 78 mm is en de numerieke apertuur 0,425 gelden, gerekend vanaf de beeldzijde, de volgende waarden voor de axiale oppervlakte krommingen C, de axiale afstanden di tussen deze oppervlakken en de brekingsindices n 8602974 PHN 11.957 13 C (ram-1) di (mm) n S1 0,005679 5 L1 84,00 1,654 53 -0,009203 0,100 54 0,007552 L2 16,00 1,573 10 S5 -0,003645 45,48 S6 -0,015772 L3 5,00 1,573 S? -0,028571 15 terwijl de asferische koëfficiënten a2i van de oppervlakken S^, S4 en Sg gelijk zijn aan S, a2 = 0,283935 x 10~2 20 a4 = -0,390136 x 10~6 ag = -0,750233 x 10"9 a8 = 0,839881 x 10~12 a1Q = -0,564121 x 10~15 a12 = 0,142924 x 10"18 25 S4 a2 = 0,377615 x 10~2 a4 = 0,301339 x 10~6 a6 = 0,243433 x 10-9 a8 = -0,190848 x 10~12 30 a1Q = 0,873343 x 10~16 a12 = ~®r138625 x 10~19 S6 a2 = -0,788596 x 10~2 a4 = -0,486486 x 10-5 35 a6 = 0,201054 x 10“8 ag = -0,821263 x 10~12 d10 = 0,192444 x ΙΟ'15 8602974

V

PHN 11.957 14 a12 = -0,140404 x 10~19

Voor een uitvoeringsvorm van het projektielenzenstelsel volgens figuur 6 waarin de lenselementen bestaan uit een glas met een 5 brekingsindex n = 1,523 en het lenselement L3 uit polycarbonaat, en waarvan de brandpuntsafstand 78 mm is en de numerieke apertuur 0,425 gelden, gerekend vanaf de beeldzijde de volgende waarden voor de axiale oppervlakte krommingen C, de axiale afstanden tussen deze oppervlakken en de brekingsindices n 10 C (mm ') dx (mm) n S1 0,006208 L1 79,00 1,523 15 S3 -0,010825 0,00 54 0,009310 L2 19,00 1,523 55 -0,003699 20 47,61 56 -0,016092 L3 5,00 1,573 57 -0,002857 25 terwijl de asferische koëfficiënten a2^ van de oppervlakken S^, S3, Sj en Sg gelijk zijn aan S1 a2 = 0,310383 x 10-2 a4 = -0,105215 x 10~5 30 a6 = 0,400580 x 10~9 ag = -0,490024 x 10'12 a1Q = 0,175177 x 10~15 a12 = -0,128466 x 10"19 35 S3 a2 = -0,541266 x 10“2 a4 = 0,226953 x 10~6 a6 = -0,920401 x 10~9 8602974 PHN 11.957 15 a8 = 0,947392 x 10'12 a1Q = -0,453133 x 1CT15 a12 = 0,893888 x 10~19 5 S5 a2 = -0,184919 x 10"2 a4 = -0,272621 x 10-6 a6 = -0,944855 x 1Cf10 a8 = -0,267133 x 10"14 a1Q = -0,402639 x 1Cf17 10 a12 = 0,249263 x 10-20 S6 a2 = -0,804603 x 10-2 a4 = -0,605556 x 10-5 a6 = 0,327394 x 10"8 15 ao = -0,157108 x 10~11 a1Q = 0,438393 x 10'15 a12 = -0,341239 x 10"19

Een soortgelijk projektielenzenstelsel kan, onder 20 gebruikmaking van de uitvindingsgedachte ook ontworpen worden voor een kathodestraalbuis met een plat beeldvenster of voor andere beeldbronnen dan kathodestraalbuizen, zoals een vloeibare kristallen weergeefinrichting. Bovendien kan de uitvinding ook toegepast worden in andere dan kleurentelevisieprojektoren, zoals een projektor voor het 25 projekteren van bijvoorbeeld een zwart-groen beeld, waarin een reduktie van het volume wordt nagestreefd.

8602974

Claims (11)

1. Projektielenzenstelsel voor het projekteren in een beeldruimte van een beeld van een zich in een voorwerpsruimte bevindende beeldbron welk lenzenstelsel, gerekend vanaf de beeldzijde, achtereenvolgens bevat een eerste, positieve lensgroep, en minstens een 5 tweede, negatieve, lensgroep waarvan het naar de beeldzijde gerichte oppervlak konkaaf is, met het kenmerk, dat de eerste lensgroep wordt gevormd door een enkelvoudig lenselement dat behalve een eerste, naar de beeldzijde gericht, brekend oppervlak en een tweede, naar de voorwerpszijde gericht, brekend oppervlak een derde, tussen het eerste 10 en het tweede oppervlak gelegen, stralingsreflekterend oppervlak bevat, dat de pupil van het projektielenzenstelsel binnen het eerste enkelvoudige lenselement is gelegen, en dat het eerste brekende oppervlak een asferisch oppervlak is.

2. Projektielenzenstelsel volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat het asferische oppervlak van het eerste lenselement, gezien vanaf de beeldzijde, in een gebied rondom de optische as konvex is en daarbuiten konkaaf.

3. Projektielenzenstelsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het tweede brekende oppervlak van het eerste lenselement 20 asferisch is.

4. Projektielenzenstelsel volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat tussen de eerste en tweede lensgroep een derde lensgroep is aangebracht die bestaat uit een enkelvoudig bi-konvex lenselement en dat dit lenselement een gedeelte van de totale optische 25 sterkte van het projektielenzenstelsel levert.

5. Projektielenzenstelsel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de optische sterkte van het derde lenselement ongeveer gelijk is aan die van het eerste lenselement.

6. Projektielenzenstelsel volgens conclusie 4 of 5, met het 30 kenmerk, dat het naar de beeldzijde gerichte brekende oppervlak van het tweede lenselement asferisch is.

7. Projektielenzenstelsel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de naar de voorwerpszijden gerichte oppervlakken van het eerste lenselement en van het derde lenselement asferisch zijn.

8. Projektielenzenstelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het eerste lenselement bestaat uit een glazen substraat en dat een asferisch oppervlak van dit lenselement 8602974 « PHN 11.957 17 wordt gevormd door een asferisch buitenprofiel van een laag doorzichtige kunststof die op het glazen lenssubstraat is aangebracht.

9. Projektielenzenstelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het tweede lenselement bestaat uit een 5 glazen substraat en dat een asferisch oppervlak van dit lenselement wordt gevormd door een asferisch buitenprofiel van een laag doorzichtige kunststof die op het glazen lenssubstraat is aangebracht.

10. Projektielenzenstelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de derde lensgroep bestaat uit een 10 kunststof-lenselement met een konkaaf oppervlak dat asferisch is.

11. Kleurentelevisieprojektiesysteem, bevattende drie beeldbronnen, elk voor een der primaire kleuren rood, groen en blauw, een projektiescherm en drie projektielenzenstelsels die elk aangebracht zijn tussen een der beeldbronnen en het projektiescherm, met het 15 kenmerk, dat elk der projektielenzenstelsels een projektielenzenstelsel volgens één der voorgaande conclusies is. 8602974