專利名稱：投影鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主要應用領(lǐng)域是電影放映，特別是35mm膠片的電影放映。
已知技術(shù)解決方案的特征和提出的問題本發(fā)明涉及一個強光線的投影鏡頭。
在申請者最近發(fā)表的歐洲專利申請00 100 890.3中已經(jīng)描述了這種形式的鏡頭，當然具有7個頭鏡。在那里列舉的鏡頭的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不適合于具有較短焦距的系統(tǒng)并因此不適合于較大像場。另外的問題是遵循確定的最小頂焦距和依賴于像角的最小結(jié)構(gòu)長度，根據(jù)安裝條件不允許不超過該長度。
更好滿足需求的系統(tǒng)類型類似于具有相反望遠鏡結(jié)構(gòu)的典型廣角鏡頭。很久以來已知如此系統(tǒng)并且在許多專利說明中描述。共同的是，光闌位置匹配于校正需求，并且因此服從于該利益。所有這些系統(tǒng)沒有履行按照權(quán)利要求1的幾何光束的前提條件。
如下詳細劃分并歸納這些系統(tǒng)類型在說明書US 4537476、US 4468100、US 4176914、US 3874770、DE-OS 2551583、DE-AS 1472135的所有7透鏡系統(tǒng)中檢索了基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是必需的，以便在較大光圈和較大區(qū)域的情況下在負焦距結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)好的成像質(zhì)量?？墒菍崿F(xiàn)的成像質(zhì)量對于在此要求的目標漸進值(對比度在60LP/mm＞40％時越過全部的像場，失真≤1％)是不足夠的。這同樣適用于說明書DE-AS 2443319、DE-OS 2321846的8透鏡和9透鏡系統(tǒng)；US 4566764、US 3736049包含粘合部分，這對于本應用目的是允許的。
在說明書DE-OS 2554963、DE-OS 2306346、DE-PS 2512797、DE-PS2514081、DE-PS 2436444、DE-OS 2359156、DE-PS 2344224、DE-OS2254586中描述了具有7至12個透鏡數(shù)目的提到的基本類型的修正系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中主要也非球面地形成表面。
類似適用于在專利說明書US 5724195、US 5684643、US 5625497和US 5477389中的、具有主要非球面表面、7至9透鏡數(shù)目和極小焦距的系統(tǒng)。在此闡述的權(quán)利要求主要普遍保持不變，因為在權(quán)利要求中首先僅僅在具有處于中間光闌的、前面和后面組件之間不同并且在后面提出了確定數(shù)目的條件方程。可是這些條件方程僅僅在其整體中起作用，因為單個條件部分是提到的和另外專利說明書(比如DE-PS2514081，與US 4025169一致)的權(quán)利要求基礎(chǔ)。這些條件方程的一部分也滿足或部分滿足根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。盡管如此其中按照權(quán)利要求1的幾何光束的條件方程尚未利用。
可以歸納如下在提到的說明書中的所有系統(tǒng)既不滿足按照權(quán)利要求1的幾何光束的條件方程也不滿足在考慮透鏡數(shù)目的情況下在整個像場上在此必需的成像質(zhì)量的質(zhì)量要求。此外該系統(tǒng)主要部分設(shè)計用于非球面平面以及用于粘合部分。對于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)排除了二者。
本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是一個透鏡或者一個透鏡組，其一方面保障在按照權(quán)利要求1的整個物場上光通亮分布的高效利用，另一方面具有成像質(zhì)量，其在應用工藝良好的玻璃的情況下該成像質(zhì)量好于或等同于已知技術(shù)解決方案的成像質(zhì)量。
本發(fā)明的本質(zhì)闡述(解決方案和實現(xiàn)的優(yōu)點)根據(jù)本發(fā)明以按照權(quán)利要求1至5的特征的鏡頭解決該任務。根據(jù)本發(fā)明的鏡頭與上述系統(tǒng)(參見已知技術(shù)解決方案的特征和提出的問題)相比特征是遵循所有匹配于聚光系統(tǒng)的有效參數(shù)并且特征是改善成像質(zhì)量。
按照權(quán)利要求1根據(jù)本發(fā)明的鏡頭滿足提出的條件方程，其保證高效匹配于聚光系統(tǒng)。本發(fā)明這部分本質(zhì)在歐洲專利申請00 100 890.3中詳細描述，如此在此不再詳細探討。
按照在歐洲專利申請00 100 890.3中描述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算在保持物體尺寸情況下較短焦距的鏡頭并因此計算較大像角是較難的，因為在像場的較大部分中不再足以修正像散性和像場彎曲。像散差和像場彎曲在3/4像場的范圍內(nèi)具有不可靠的值。同樣適用于顏色橫向錯誤和失真。因此在整個像場上該系統(tǒng)表征的校正狀態(tài)不再可以保持不變。此外這越來越少滿足系統(tǒng)安裝條件的要求。這特別適合于遵循最后頂焦距的確定的最大尺寸和遵循確定的最小結(jié)構(gòu)長度，其隨著升高的像角而變大。由于這個原因目前的鏡頭基本類型必須按照歐洲專利申請改進并且適合于新的情況。發(fā)展的結(jié)果是獲得具有相反望遠鏡結(jié)構(gòu)的典型的廣角鏡頭。在上述說明書中(參見已知技術(shù)解決方案的特征和提出的問題)描述了許多如此系統(tǒng)類型。可是這些系統(tǒng)都不滿足按照權(quán)利要求1的幾何光束的條件。物平面的入射光瞳距離主要始終＜100mm，并且因此角σRBa盡可能為負。此外在上述具有直到9個透鏡的說明書中(參見已知技術(shù)解決方案的特征和提出的問題)的系統(tǒng)成像質(zhì)量不夠好，此外部分對于在此要求的目標漸進值(對比度在60LP/mm＞40％時越過全部的像場，失真≤1％)是不足夠的。這首先歸因于像散性和像場彎曲的不充分校正。
在說明書DE-OS 2554963、DE-OS 2306346、DE-PS2512797、DE-PS 2514081、DE-PS 2436444、DE-OS 2359156、DE-PS 2344224、DE-OS2254586中以及在專利說明US 5724195、US 5684643、US 5625497和US 5477389中描述了提到的基本類型的修改系統(tǒng)。主要在鏡頭結(jié)構(gòu)的中間部分不同，而前面部分主要以二個負像的彎月形透鏡開始，后面部分主要以一個負像透鏡和二個正像透鏡的折射順序(從圖像到物體的順序)結(jié)束。主要在所有系統(tǒng)可以找到前面和后面的子結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中與上述預先已知的系統(tǒng)相比特別通過另外形成中間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(透鏡3至透鏡6)的形狀并且通過特殊的光闌位置以及降低漸暈成功實現(xiàn)遵循按照權(quán)利要求1的幾何光束條件和成像質(zhì)量的必要提高。通過這種方式以根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)在顯著的程度內(nèi)把具有僅僅二個附加透鏡、歐洲專利申請00 100 890.3的鏡頭的與專利有關(guān)的特性擴展到較短的焦距并因此擴展到較大像角。如此可以在整個新的焦距范圍內(nèi)保持并且部分改善了同樣1∶1.9光圈比的、上述預先已知系統(tǒng)的突出成像質(zhì)量。對此依賴于像面彎曲(輕微彎曲或平的)可以實現(xiàn)突出的成像質(zhì)量，在實例中詳細指出并闡述。
對于為了調(diào)整到投影條件必需的焦距分級變化的系列的生產(chǎn)，等效透鏡的同樣玻璃牌號的廣泛應用提供決定性的技術(shù)優(yōu)點。此外僅僅應用技術(shù)上有利、也就是說加工合理并且低成本的玻璃。
根據(jù)本發(fā)明的投影鏡頭的優(yōu)選應用是鏡頭單獨應用，也就是說沒有另外的元件。按本發(fā)明的意義光學元件通常單獨與投影鏡頭組合。這些元件例如可以是鏡頭附件或附加鏡頭、特別是焦距變化附件和全景圖像投影的變形附件。可以考慮機械集成附件。
實施例前言在所有下面的圖中，剖面圖、光程和成像質(zhì)量的估算由于實用目的涉及與投影鏡頭工作位置相反的位置(從放大側(cè)到縮小側(cè)的成像)。輸入頂焦距s＝無限遠。因此原始物體不可避免地成為圖像，相反亦然。在慣用語言中涉及反變換。其中光瞳成像(工作位置定位)例外。在下面的敘述中對此注意。
對于按照權(quán)利要求3、具有彎曲像面的強光線投影鏡頭在圖中指出1.1a具有透鏡編號和在不同物點成像的子午線平面內(nèi)光線途徑的系統(tǒng)半像。
1.1b具有在最遠物點成像(物場對角線)的子午線平面內(nèi)光線走向和特征角σRBa與σRBi的系統(tǒng)半像，對于LEP＝169.3mm的入射光瞳長度，特征角值為σRBa＝5.0°、σRBi＝17.5°。
1.2依賴于半像角w(wmax＝17.4°)、具有權(quán)λ(d)＝1、λ(C)＝λ(F)＝0.5的三種主要顏色λ(d)＝587.6nm、λ(C)＝656.3nm和λ(F)＝486.1nm的漸暈曲線。漸暈的最小值為80％并且主要由角σRBa共同確定。
1.3對于本振頻率60LP/mm、30LP/mm和15LP/mm，依賴于半像角w(wmax＝17.4°)、具有權(quán)λ(d)＝1、λ(C)＝λ(F)＝0.5的三種主要顏色λ(d)＝587.6nm、λ(C)＝656.3nm和λ(F)＝486.1nm的子午線(TAN)和弧矢(Sag)調(diào)制傳遞函數(shù)MTF。與上述解決方案(歐洲專利申請00 100 890.3)相比表明更好并且擺脫整個像場的平衡成像質(zhì)量。這首先表明在本振頻率60PL/mm和30PL/mm的情況下在軸上的對比度增加并且表明在60LP/mm的外部場范圍內(nèi)子午線和孤矢的曲線變化的一點區(qū)別。
1.4對于半像角w＝0、w＝0.25×wmax、w＝0.5×wmax、w＝0.75×wmax作為參數(shù)、其中w＝wmax＝17.4°、依賴于入射光瞳半徑ρEP在子午線(T)和弧矢(S)截面內(nèi)3個主要顏色的橫向像差Δy`和Δx`。從這些曲線中可以看出依賴于這3個波長的光瞳和場坐標的校正特性。該特性證明在整個像場上非常好的成像質(zhì)量，正如已經(jīng)指出的調(diào)制傳遞函數(shù)的曲線變化并且深深了解了該系統(tǒng)的校正特性。此外表明非常好的軸向和側(cè)向顏色校正。
1.5依賴于半像角(w＝wmax＝17.4)的3種主要顏色的像散性。表明與上述解決方案(歐洲權(quán)利申請00 100 890.3)的圖像外觀的有利變化。
1.6依賴于半像角(w＝wmax＝17.4)的3種主要顏色的失真。該失真在圖線邊緣實現(xiàn)1.0％的最大偏差。
在圖2.1至2.6中以在

圖1.1至1.6中情況相同的方式方法描述了按照權(quán)利要求4、具有彎曲像面的強光投影鏡頭。在圖中指出2.1a具有透鏡編號和在不同物點成像的子午線平面內(nèi)光線途徑的系統(tǒng)半像。在透鏡5和6之間布置光闌。
2.1b具有在最遠物點成像(物場對角線)的子午線平面內(nèi)光線途徑和特征角σRBa與σRBi的系統(tǒng)半像，對于LEP＝178.3mm的入射光瞳長度，特征角值為σRBa＝4.2°、σRBi＝17.7°。
2.2與圖1.2一致。在w＝wmax＝19.5°的半像角的情況下漸暈的最小值為77％。
2.3與圖1.3一致。在圖1.3中所說的也特別適合于具有w＝wmax＝19.5°的較大半像角的鏡頭的成像質(zhì)量。
2.4、2.5和2.6對于w＝wmax＝19.5°的半像角與圖1.4、1.5和1.6一致，其中在那里所說的相對也適用于該成像。
在圖3.1至3.6中以在圖2.1至2.6中的情況相同的方式方法描述了按照權(quán)利要求5、具有平像面的強光投影鏡頭。在圖中指出3.1a具有透鏡編號和在不同物點成像的子午線平面內(nèi)光線途徑的系統(tǒng)半像。在透鏡5和6之間布置光闌。
3.1b具有在最遠物點成像(物場對角線)的子午線平面內(nèi)光線途徑和特征角σRBa與σRBi的系統(tǒng)半像，對于LEP＝176.6mm的入射光瞳長度，特征角值為σRBa＝4.2°、σRBi＝17.7°。
3.2與圖2.2一致。在w＝wmax＝19.5°的半像角的情況下漸暈的最小值為78％。
3.3與圖2.3一致。相同焦距的二個系統(tǒng)，僅僅像面的彎曲(彎曲和平的)不同，指出了MTF的準一致的曲線變化并因此在成像質(zhì)量上是等值的。
3.4、3.5和3.6在w＝wmax＝19.5°的半像角的情況下與圖2.4、2.5和2.6一致，其中在那里所說的相對也適合于該成像。
以描述了該系統(tǒng)和所有像差的圖3.1至3.6特別指出，在上述權(quán)利要求中表達的系統(tǒng)組態(tài)也適合于平的像面并且在考慮所有像差的情況下有同樣成像性能。
權(quán)利要求
1.投影鏡頭，其包括九個兩側(cè)與空氣鄰接的透鏡，其特征在于如下條件等式，必需全部滿足這些等式u≥12.8°，100mm≤LEP≤400mm，σRBa≥1°σRBi≤-14°，其中，u 光線方面孔徑角(2u-總角)LEP 物平面的入射光瞳(光線方面)的間隔(與在參考點物平面的投影方向上的位置一致的正值)，σRBa在物體和鏡頭的第一透鏡表面之間的物體空間中光束對于光軸的角偏移，該光束向外(離開光軸、遠離光軸)形成場邊緣束(在物體上的外部空間點)的邊界。σRBi在物體和鏡頭的第一透鏡表面之間的物體空間中光束對于光軸的角偏移，該光束向內(nèi)(通向光軸、接近光軸)形成場邊緣束(在物體上的空間點)的邊界。以及如果相應的光束與光軸在一個位置相交，該位置從物體方向看來處在相反的投影方向上，則角σRba和σRbi是正的，如果光束在一個位置上與光軸相交，該位置從物體方向看來處在投影方向上，則是負的，按從圖像(放大方面)到物體(縮小和光線方面)的順序具有如下透鏡布置-第一個負的、彎月形透鏡(1)，在圖像方面具有凸表面-第二個負的、彎月形透鏡(2)，在圖像方面上具有凸表面，-第三個正的透鏡(3)在物體方面具有凸表面，-第四個正的、彎月形透鏡(4)，在圖像方面上具有凸表面，-第五個負的透鏡(5)，在物體方面具有凸表面，-第六個雙凸透鏡(6)，-第七個雙凹透鏡(7)，-第八個正的透鏡(8)，在物體方面上具有凸表面和-第九個正的透鏡(9)，在圖像方面具有凸的表面。
2.按照權(quán)利要求1的透鏡鏡頭，其特征在于透鏡(1至9)的如下數(shù)據(jù)表1
f` 以mm為單位的系統(tǒng)焦距，j 透鏡號碼，i 折射面號碼，ri 以mm為單位的第i個折射面的半徑，di 以mm為單位在平面i和i-1之間的頂點間隔，nd 玻璃對于d線的折射率，vd 玻璃對于d線的Abbesche數(shù)目。
3.按照權(quán)利要求1或2的投影鏡頭，其特征在于透鏡(1至9)的如下數(shù)據(jù)表2
f`＝45mms`＝32.7mm(對于s＝∞是最后的頂焦距)相對光圈1∶1.9像角2w＝34.8°彎曲物場
4.按照權(quán)利要求1或2的投影鏡頭，其特征在于透鏡(1至9)的如下數(shù)據(jù)表3
f`＝40mms`＝35.0mm(對于s＝∞是最后的頂焦距)相對光圈1∶1.9像角2w＝39°彎曲物場
5.按照權(quán)利要求1或2的投影鏡頭，其特征在于透鏡(1至9)的如下數(shù)據(jù)表4
f`＝40mms`＝34.9mm(對于s＝∞是最后的頂焦距)相對光圈1∶1.9像角2w＝39°平的物場
全文摘要
本發(fā)明涉及投影鏡頭，其包括九個兩側(cè)與空氣鄰接的透鏡。本發(fā)明的目的是一個透鏡或者一個透鏡組，其一方面保障在整個物場上光通亮分布的高效利用，另一方面具有成像質(zhì)量，其在應用工藝良好的玻璃的情況下實現(xiàn)好于或等同于已知技術(shù)解決方案的成像質(zhì)量。本發(fā)明建議了開始提到形式的投影鏡頭，其中必需全盤滿足這些等式u≥12.8°，100mm≤LEP≤400mm，σRBa≥1°σRBi≤－14°，其中，u為光線方面孔徑角(2u總角)，LEP物平面的入射光瞳(光線方面)的間隔(與在參考點物平面的投影方向上的位置一致的正值)，σRBa在物體和鏡頭的第一透鏡表面之間的物體空間中光束對于光軸的角偏移，該光束向外(離開光軸、遠離光軸)形成場邊緣束(在物體上的外部空間點)的邊界。σRBi在物體和鏡頭的第一透鏡表面之間的物體空間中光束對于光軸的角偏移，該光束向內(nèi)(通向光軸、接近光軸)形成場邊緣束(在物體上的空間點)的邊界。以及如果相應的光束與光軸在一個位置相交，該位置從物體方向看來處在相反的投影方向上，則角σRba和σRbi是正的，如果光束在一個位置上與光軸相交，該位置從物體方向看來處在投影方向上，則是負的。按從圖像(放大方面)到物體(縮小和光線方面)的順序具有如下透鏡布置第一個負的、彎月形透鏡(1)，在圖像方面具有凸表面；第二個負的、彎月形透鏡(2)，在圖像方面上具有凸表面；第三個正的透鏡(3)在物體方面具有凸表面；第四個正的、彎月形透鏡(4)，在圖像方面上具有凸表面；第五個負的透鏡(5)，在物體方面具有凸表面；第六個雙凸透鏡(6)；第七個雙凹透鏡(7)；第八個正的透鏡(8)，在物體方面上具有凸表面和第九個正的透鏡(9)，在圖像方面具有凸的表面。
文檔編號G02B9/00GK1535391SQ01820737
公開日2004年10月6日 申請日期2001年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月18日
發(fā)明者W·賴內(nèi)克, H·林格, W 賴內(nèi)克 申請人:光學系統(tǒng)格丁根伊斯科－光學有限責任公司, 沃爾夫?qū)べ噧?nèi)克工程博士光學開發(fā)事務所, 光學系統(tǒng)格丁根伊斯科-光學有限責任公