KR100213181B1

KR100213181B1 - 투영광학장치

Info

Publication number: KR100213181B1
Application number: KR1019920013858A
Authority: KR
Inventors: 정종삼
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR940003362A; US5353156A; JPH06258595A

Abstract

작은 복수의 CRT의 영상을 색합성하고 확대하여 대형의 스크린에 칼라 영상을 확대투영하는 투영광학장치가 개시되어 있다. 개시된 장치는 고화질의 영상을 투사하기 위하여 색수차가 보정된 렌즈유니트를 구비한다. 그 렌즈유니트는 총 4개의 렌즈군으로서, 구면수차와 코마수차를 보정하는 제1렌즈군, 색수차를 보정하는 제2렌즈군, 주 파우어를 부여하는 제3렌즈군, 그리고 렌즈의 페치발수차를 보정하는 제4렌즈군으로 이루어져 있으며, 이중 제1, 2 및 제3렌즈군이 색합성하는 이색성 거울 앞의 스크린측으로부터 차례로 배치되고, 제4렌즈군이 상기 CRT와 이색성 거울 사이에 분리설치되는 구조이다. 그 제4렌즈군은 또한 CRT의 냉각을 위하여 CRT의 전면과 밀폐결합되며, 그 밀폐공간에는 냉각오일이 들어 있다. 개시에 의하면, 적은 렌즈매수로 색수차가 없는 고해상도의 칼라영상을 실현하는 우수한 광학성능을 발휘한다.

Description

투영광학장치

제1도는 본 발명에 의한 투영광학장치의 광학 배치도.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 렌즈 시스템의 광학성능을 보인 수차 그래프로서, a도는 구면수차를, b도는 비점수차를, c도는 왜곡을 각각 나타낸다.

제3도는 본 발명의 제4실시예에 따른 프로젝션 렌즈 시스템의 광학성능을 보인 수차 그래프로서, a도는 구면수차를, b도는 비점수차를, c도는 왜곡을 각각 나타낸다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 2, 3 : CRT 4, 5 : 이색성 거울

6 : 오일 박스 G1~G4 : 렌즈군

L1~L7 : 렌즈 S1~S16 : 렌즈면

본 발명은 복수의 단색 CRT(cathode ray tube)로부터 영상을 합성하고 이를 확대 투사하는 투영광학장치에 관한 것으로서, 특히 색수차가 보정된 투영광학장치에 관한 것이다.

일반적으로 비디오 프로젝터나 프로젝션 텔레비젼 등은 적·녹·청 3개의 단색 CRT를 영상소오스로 하며, 각각의 영상을 합성하는 2개의 이색성 거울(dichroic mirror)과 그 합성된 영상을 전방의 대형 스크린에 확대투영하는 프로젝션 렌즈 유니트로 이루어져 있다. 3개의 단색 CRT는 각각 단색 파장이 아닌 협대역(狹帶域)의 스펙트럼을 가지므로 고해상도의 칼라영상을 실현시키려면 프로젝션 렌즈 유니트의 색수차 보정이 요구된다.

광학계의 해상능력을 알 수 있는 수치로서는 MTF가 있으며, 색수차 보정이 안된 일반의 렌즈의 경우, 녹색 파장을 기준설계하여 공간주파수 5ℓ.p/mm에서 성능 보완을 수행한다. 이러한 렌즈에 있어서는 적색 파장과 청색 파장에 대한 성능이 녹색 파장에 대한 성능에 비하여 색수차 보정의 미비로 약 30% 이상의 성능저하가 생긴다. 따라서 HD-TV의 고행상도를 요구하는 광학계를 위하여는 전(全) 가시광에서의 수차가 보정된 프로젝션 렌즈가 필요한 것이다.

CRT를 영상소오스로 하여 100inch 이상의 큰 영상을 실현하는 데는 전면투사형 광학계가 사용되고 있다. 전면투사형 광학계는 미국특허 4,963,007과 4,900,139 등에 개시된 3개의 CRT와 3개의 렌즈 유니트로 된 형태와, 미국특허 4,764,806과 4,842,394등의 3개의 CRT와 한개의 렌즈 유니트로 된 형태로 크게 나누어 볼 수 있다. 이중 전자의 형태는 렌즈의 구경이 작고 전체 광학계의 구성이 비교적 간단하지만 화면크기의 조정을 위한 광학계의 조립에 어려움이 많다. 이에 반하여 후자의 형태는 색합성을 위한 이색성 거울등의 부가적 요소를 필요로 하지마는, 화면크기의 조정에 따른 광학계의 조립 및 조정이 용이하다는 점에서 현재 많이 사용되고 있다.

상기의 미국특허에 개시되어 있는 3개의 CRT와 한개의 렌즈 유니트의 프로젝션 광학계는 한정된 곡률의 오목한 구면을 갖는 CRT를 사용하는데, 전술한 바와 같은 색수차 보정의 미비로 고해상도의 영상을 실현하지 못하여 현재 일반의 프로젝션 광학계용으로 사용되고 있다. 일반적으로 HD-TV 등의 고해상도에 알맞는 프로젝션 광학계를 구성하려면 10ℓ.p/mm 이상의 MTF성능을 충족시켜야 하며, 이를 위한 가장 중요한 기술적 사항은 적·청·녹 개의 단색 CRT가 갖고 있는 분광특성을 고려한 프로로젝션 렌즈 유니트의 설계에 있다. 그런데, 상기의 미국특허의 경우 색수차 제거가 프로젝션 렌즈의 설계에 근본적으로 행해지지 않고 있으므로 고해상도에 대응하지 못하였던 것이다.

본 발명의 목적은 상기한 종래기술을 감안하여 고해상도로 대형의 칼라영상을 실현시키기 위하여 색수차 보정된 프로젝션 렌즈 유니트를 구비하는 투영광학장치를 제공하려는 것이다.

이와같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 각각 다른 색의 영상을 발생하는 복수의 CRT와 그 영상을 색합성하는 적어도 하나의 이색성 거울을 포함하여 칼라영상을 확대투사하는 투영광학장치에 있어서, 적어도 하나의 비구면 렌즈로 구면수차와 코마수차를 보정하는 제1렌즈군, 적어도 하나의 음의 파우어가 부여된 저분산 재질의 렌즈와 양의 파우어가 부여된 고분산 재질의 렌즈를 가지고 광학계 전체의 색수차를 보정하는 제2렌즈군, 적어도 하나의 구면 렌즈를 가지고 광학계 전체에 광학적 파우어를 부여하는 제3렌즈군, 그리고 전면이 오목한 렌즈를 가지고 페치발 수차를 보정하는 제4렌즈군을 구비하며, 이중 제1, 제2 및 제3렌즈군을 상기 이색성 거울 앞에 차례로 배치하고, 제4렌즈군을 상기 CRT와 이색성 거울 사이에 배치하는 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 광학계 구성을 보인 것이다. 제1도의 투영광학장치는 적·녹·청 3개의 단색 CRT(1)(2)(3)와 2개의 이색성 거울(3)(4) 및 4개의 렌즈군(G1)(G2)(G3) 및 (G4)을 포함한다.

3개의 단색 CRT(1)(2)(3)는 녹색의 CRT(2)를 기준으로 하여 적색과 청색의 CRT(1)(3)를 대향시키되 각각의 광축이 한점에 일치하도록 T자로 배치하였다. 그 3개의 단색 CRT(1)(2)(3)들은 똑같이 영상발생면(S16)이 오목하고 전면(S15)이 평평한 전면글래스(부호생략)를 가진다.

2개의 이색성 거울(4)(5)은 각각 적색 파장과 청색 파장을 반사시키고 녹색 파장을 그대로 투과시키는 것으로서, 상기 3개의 단색 CRT(1)(2)(3) 영상의 색합성을 위하여 그 광축 상의 일치하는 지점에 X자로 배치하였다. 이것은 또한 그 X자 배치에 의하여 생기는 축상 성능의 어긋남을 막기 위하여 사면의 윈도우(7)(8)를 가지며 또 투명한 오일이 충진되어 있는 박스(6) 내에 설치하였다. 그 투명한 오일은 그 2개의 이색성 거울(4)(5)과 거의 같은 굴절률을 갖는다.

렌즈 유니트는, 축상 색수차 및 배율 색수차의 보정을 위하여 저분산 재질의 렌즈와 고분산 재질의 렌즈를 적절하게 조합하였다.

렌즈 유니트에 있어서, 전방의 스크린측으로부터 제1렌즈군(G1)은 구면수차와 코마수차의 보정을 위하여 2개의 비구면 렌즈(L1)(L2)로 조합되어 있다. 또한 그 2개의 비구면 렌즈(L1)(L2)는 자체의 색수차 보정을 위하여 각각 고분산 재질과 저분산 재질로 제작된 것이다.

제2렌즈군(G2)은 광학계 전체의 색수차 보정을 위하여 음의 파우어를 갖는 저분산 재질의 렌즈(L3)(L5)와 양의 파우어를 갖는 고분산 재질(L4)로 구성되어 있으며, 그 첫번째 렌즈(L3)와 세번째 렌즈(L3)(L5) 중의 하나가 수차의 제어를 위하여 비구면으로 되어 있다.

제3렌즈군(G3)은 광학계의 주 파우어를 부여하기 위하여 1매의 구면 렌즈(L6)로 구성되어 있다.

그리고 제4렌즈군(G4)은 앞의 렌즈군과 분리되어 상기 이색성 거울(4)(5)의 오일 박스(6)와 상기 CRT(1)(2)(3) 사이에 배치된 것으로서, 앞의 렌즈군에서 발생하는 페치발 수차를 보정하기 위하여 스크린을 향해 오목한 면(S13)을 갖는 음의 파우어로 하고 또한 CRT에서 발생하는 열의 냉각효과를 위한 냉각 오일이 채워진 렌즈(L7)로 하였다.

이러한 렌즈 배열에 있어서는 다음의 조건이 만족되어 있다.

여기서, f : 광학계 전체의 촛점거리

f₁: 스크린으로부터 i(=1, 2,...)번째 렌즈의 촛점거리

v : 제2렌즈군의 음의 파우어 렌즈가 갖는 분산

상기의 식 ①은 광학계 전체의 파우어와 주파우어 역할을 하는 제3렌즈군(G3)의 관계로, 광학계의 구성상 전면 투사렌즈 유니트 뒤에 이색성 거울(4)(5)의 오일 박스(6)를 배치하기 위한 공간 및 3개의 CRT(1)(2)(3)의 T자형 배치를 위하여 요구되는 조건이며, 또 광학계의 소형화를 위한 조건이기도 하다.

그리고 식 ② 및 ③의 조건은 제2렌즈군(G2)에 대한 것으로, 전체 광학계의 색수차 보정을 위한 조건이다. 즉, 제2렌즈군(G2)의 파우어는 광학계 전체로 보아서 미비하며 색수차 보정 및 전체 광학계의 수차 보정을 위하여 저분산(v40)을 갖는 음의 파우어 렌즈와 이와 유사한 양의 파우어를 갖는 고분산(v50) 렌즈로 구성된다.

다음의 표 1은 상기와 같은 본 발명에 따른 투영광학장치에 대한 제1실시예로서, 광학계 전체의 촛점거리 f=181mm, F/#=1.29로 실시한 광학데이타이다.

[실시예 1]

위 실시예에 의한 결과는 제2도와 같다.

제2a도는 구면수차로서, 각각 파장 0.5876의 D라인(실선표시), 파장 0.4861의 F라인(점선표시), 그리고 파장 0.6563의 C라인(1점쇄선)에서의 각 구면수차를 나타낸다. 제2b도는 탄젠셜(tangential) 방향의 상면만곡(실선표시)과, 서지탈(sagital) 방향의 상면만곡(점선표시)을 나타낸다. 그리고 제2c도는 배율 색수차(실선표시)와 왜곡(점선표시)를 나타낸다.

다음 표 2는 본 발명에 따른 투영광학장치에 대한 제2실시예로서, 광학계 전체의 촛점거리 f=185, F/#=1.32로 실시한 광학데이타이다.

[실시예 2]

위 실시예에 의한 결과는 제3도와 같다.

제3a도는 구면수차로서, 각각 파장 0.5876의 D라인(실선표시), 파장 0.4861의 F라인(점선표시), 그리고 파장 0.6563의 C라인(1점쇄선)에서의 각 구면수차를 나타낸다. 제3b도는 탄젠셜 방향의 상면만곡(실선표시)과, 서지탈 방향의 상면만곡(점선표시)을 나타낸다. 그리고 제3c도는 배율색수차(실선표시)와 왜곡(점선표시)를 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 투영광학장치는 7inch의 CRT로 50inch 이상의 대형화면을 투영하는 광학계로 하여, 첫째, 투영화면의 조립과 조정이 용이하고, 둘째, 투사렌즈 유니트를 고분산과 저분산 렌즈의 광학적 파우어 조합으로 색수차가 없는 고화질의 영상투사가 가능하고, 세째, 비구면 플라스틱 렌즈의 사용으로 렌즈매수의 감소와 사출성형에 의한 양산성 향상으로 원가절감에 기여하는 바가 크며, 그리고 네째, 이색성 거울과 CRT 사이에 부가되는 음의 파우어 렌즈를 포함하는 4개군의 렌즈유니트를 구성함으로써 전체 광학계의 색수차 보정이 용이한 동시에 CRT의 냉각효과를 도모하는 구조로써 장수명을 가지는 등, 지극히 효과적인 발명이다.

Claims

각각 다른 색의 영상을 발생하는 복수의 CRT와 그 영상을 색합성하는 적어도 하나의 이색성 거울을 포함하여 칼라영상을 확대 투사하는 투영광학장치에 있어서, 적어도 하나의 비구면 렌즈를 가지고 구면수차와 코마수차를 보정하는 제1렌즈군(G1), 적어도 음의 파우어가 부여된 저분산 재질의 렌즈와 양의 파우어가 부여된 고분산 재질의 렌즈를 가지고 광학계 전체의 색수차를 보정하는 제2렌즈군(G2), 적어도 하나의 구면 렌즈를 가지고 광학계 전체에 광학적 파우어를 부여하는 제3렌즈군(G3), 그리고 전면이 오목한 렌즈를 가지고 페치발 수차를 보정하는 제4렌즈군(G4)이 구비되며, 이중 제1, 제2 및 제3렌즈군이 상기 이색성 거울 앞에 스크린측으로부터 차례로 배치되고, 제4렌즈군이 상기 CRT와 이색성 거울 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 투영광학장치.
제1항에 있어서, 상기 제1렌즈군(G1)이 자체의 색수차 보정을 위하여 저분산 렌즈와 고분산 렌즈의 2매로 구성된 것을 특징으로 하는 투영광학장치.
제1항에 있어서, 상기 제2렌즈군(G2)이 수차제어를 위하여 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영광학장치.
제1항에 있어서, 상기 제4렌즈군(G4)이 상기 CRT의 전면과 밀폐되며 그 밀폐된 공간이 투명한 냉각오일로 채워져 구성된 것을 특징으로 하는 투영광학장치.
제1항에 있어서, 상기 제1, 2, 3 및 4렌즈군이 7매의 렌즈로 이루어지고.

여기서, f : 광학계 전체의 촛점거리

f₁: 스크린으로부터 i(=1, 2,...)번째 렌즈의 촛점거리

v : 제2렌즈군의 음의 파우어 렌즈가 갖는 분산의 조건을 충족하여 되는 것을 특징으로 하는 투영광학장치.