KR100248010B1 - Projecting lens unit for projector - Google Patents
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Abstract
광원과, 이 광원에서 조사된 광을 각 화소별로 선택적으로 화상을 생성하는 표시소자를 구비한 프로젝터에 채용되어, 표시소자를 경유하여 광축에 대해 비스듬히 입사되는 광을 확대 투영시키는 프로젝터용 투사렌즈유니트가 개시되어 있다.Projector lens unit for projectors, which is employed in a projector having a light source and a display element for selectively generating an image for each pixel of the light emitted from the light source, and enlarges and projects the light incident at an angle to the optical axis via the display element. Is disclosed.
이 개시된 장치는 표시소자 쪽으로부터 순차로 배치되고, 입사되는 화상을 집속시키도록 양의 파우어를 가지며, 표시소자 쪽에서 입사되는 광이 그 중심에서 어느 한 측으로 치우쳐 투과되도록 배치된 제1렌즈군과; 집속된 화상을 발산 확대시키도록 음의 파우어를 가지고, 그 광축이 제1렌즈군의 광축과 동축 상에 배치되며, 왜곡수차를 보정할 수 있도록 적어도 일 매의 비구면렌즈를 구비하며, 제1렌즈군을 치우쳐 통과한 광이 광축을 중심으로 전체에 걸쳐 발산 투과되는 제2렌즈군;을 포함하며, 제1렌즈군과 제2렌즈군 사이에 조리개가 위치하여 제1 및 제2렌즈군 사이에 광로를 꺽을 수 있는 거울 또는 프리즘을 구비하는 된 것을 특징으로 한다.This disclosed apparatus comprises: a first lens group disposed sequentially from the display element side, having a positive power to focus an incident image, and arranged so that light incident from the display element side is transmitted through one side from its center; A negative power to diverge and enlarge the focused image, the optical axis of which is disposed coaxially with the optical axis of the first lens group, and having at least one aspherical lens to correct distortion aberration; And a second lens group in which light passing through the group is divergently transmitted and transmitted around the optical axis. The aperture is positioned between the first lens group and the second lens group, and between the first and second lens groups. And a mirror or prism capable of bending the optical path.
Description
본 발명은 생성된 화상을 스크린에 확대 투영시키기 위한 프로젝터용 투사렌즈유니트에 관한 것으로서, 상세하게는 수차 특성이 향상되고 렌즈의 점유 공간을 줄일 수 있도록 구조가 개선된 프로젝터용 투사렌즈유니트에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 프로젝터는 할로겐, 크세논 등을 이용하여 광을 생성 조사하는 램프와, 이 램프에서 조사된 광을 선택적으로 투과 또는 반사시킴에 의해 화상을 생성하는 투과/반사형 표시소자와, 화상을 스크린에 확대 투영시키는 투사렌즈유니트를 포함하여 구성된다. 상기 표시소자로는 액정표시소자(LCD) 또는 가동미러장치(DMD) 등이 채용된다.In general, a projector includes a lamp for generating and irradiating light using halogen, xenon, and the like, a transmissive / reflective display device for generating an image by selectively transmitting or reflecting light emitted from the lamp, and displaying an image on a screen. And a projection lens unit for magnifying and projecting. As the display device, a liquid crystal display device (LCD) or a movable mirror device (DMD) may be employed.
상기 투사렌즈유니트는 수직 및 수평 방향으로의 화각 및 수차 등의 광학적 성능과, 프로젝터 내의 점유 공간 등을 고려하여 설계되어야 한다.The projection lens unit should be designed in consideration of optical performance such as angle of view and aberration in the vertical and horizontal directions, and occupied space in the projector.
이를 감안하여 본 출원인은 1996년 1월 24일자로 출원된 대한민국 특허출원 제1858호(발명의 명칭 : 광화각 액정 프로젝션 렌즈 시스템, 발명자 : 김동하)를 통하여 투사렌즈유니트를 제안한 바 있다.In view of this, the present applicant has proposed a projection lens unit through Korean Patent Application No. 1858 filed on January 24, 1996 (name of the invention: wide-angle liquid crystal projection lens system, inventor: Kim Dong-ha).
이 제안된 투사렌즈유니트는 광축의 각도를 절환시키는 프리즘을 구비하여, 광축을 90°이상 꺾어 배치함으로써, 프로젝터 내의 점유 공간을 줄일 수 있고, 광화각을 가질 수 있는 효과가 있다.The proposed projection lens unit includes a prism for switching the angle of the optical axis, and by arranging the optical axis by 90 ° or more, the space occupied in the projector can be reduced and the angle of view can be obtained.
하지만, 각 렌즈 그룹들이 원형상의 구조를 가짐으로써 그 점유 공간을 줄이는데 한계가 있다.However, since each lens group has a circular structure, there is a limit to reducing the space occupied.
또한, 본 출원인에 의해 제안된 2건의 '반사형 프로젝트장치'[(1997년 대한민국 특허출원 제13025호, 출원일; 1997년 4월 9일, 발명자; 최순철),(1997년 대한민국 특허출원 제13222호, 출원일; 1997년 4월 10일, 발명자; 최순철)]의 경우, 임계각 프리즘을 이용하여 반사형 액정표시장치 즉, 강유전체 표시소자에 광을 비스듬히 입사 및 반사시켜 광의 진행경로를 변환한다. 이에 따라 널리 알려진 통상적인 구조의 투사렌즈유니트를 채용한 경우, 투사렌즈유니트의 광축에 대해 강유전체 표시소자에서 반사된 광이 비스듬히 진행하게 되어 스크린 상에 맺히는 화상의 콘트라스트 특성 및 수차 특성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, two 'reflective project devices' proposed by the applicant [(Korean Patent Application No. 130525, filing date; April 9, 1997, Inventor; Choi Soon-Cheol), 1997 Korean Patent Application No. 132222 , April 10, 1997, inventor; Choi, Soon-Chul)], a critical angle prism is used to convert the traveling path of the light by inclining and reflecting the light to the reflective liquid crystal display, that is, the ferroelectric display device. Accordingly, when a projection lens unit having a well-known general structure is adopted, the light reflected from the ferroelectric display element is obliquely progressed with respect to the optical axis of the projection lens unit, and the contrast and aberration characteristics of the image formed on the screen are deteriorated. There is this.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 어느 일 렌즈군의 대략 절반 영역만을 이용함으로써 광학계가 차지하는 공간을 줄이고, 입사광축에 대해 비스듬히 입사된 광의 진행경로를 보정할 수 있도록 구조가 개선된 프로젝터용 투사렌즈유니트를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and by using only about half of the lens group, the space occupied by the optical system can be reduced, and the traveling path of light incident at an angle to the incident optical axis can be corrected. It is an object of the present invention to provide a projection lens unit for a projector having an improved structure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터용 투사렌즈유니트의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.1 is a schematic view showing an optical arrangement of a projection lens unit for a projector according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝터용 투사렌즈유니트의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.2 is a schematic view showing an optical arrangement of a projection lens unit for a projector according to another embodiment of the present invention.
도 3은 도 1에 도시된 프로젝터용 투사렌즈유니트의 자오면(tangential plane)의 수차도.3 is an aberration diagram of a tangential plane of the projection lens unit for the projector shown in FIG. 1; FIG.
도 4는 도 1에 도시된 프로젝터용 투사렌즈유니트의 구결면(sagittal plane)의 수차도.4 is an aberration diagram of a sagittal plane of the projection lens unit for the projector shown in FIG. 1; FIG.
도 5는 도 1에 도시된 프로젝터용 투사렌즈유니트의 비점수차도.Fig. 5 is an astigmatism diagram of the projection lens unit for the projector shown in Fig. 1;
도 6은 도 1에 도시된 프로젝터용 투사렌즈유니트의 왜곡수차도.6 is a distortion aberration diagram of the projection lens unit for the projector shown in FIG. 1;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
Ⅰ...제1렌즈군 Ⅱ...제2렌즈군Ⅰ ... 1st lens group Ⅱ ... 2nd lens group
STOP...조리개 M...반사경STOP ... Aperture M ... Reflector
1...광축 3...제1광학부재1 ...
5...제2광학부재 7...제3광학부재5 ... second
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원과, 이 광원에서 조사된 광을 각 화소별로 선택적으로 화상을 생성하는 표시소자를 구비한 프로젝터에 채용되어, 상기 표시소자를 경유하여 광축에 대해 비스듬히 입사되는 광을 확대 투영시키는 프로젝터용 투사렌즈유니트에 있어서, 상기 표시소자 쪽으로부터 순차로 배치되고, 입사되는 화상을 집속시키도록 양의 파우어를 가지며, 렌즈의 중심축이 입사 광축에 대해 경사지게 배치되어 상기 표시소자 쪽에서 입사되는 광이 그 중심에서 어느 한 측으로 치우쳐 투과되도록 된 제1렌즈군과; 집속된 화상을 발산 확대시키도록 음의 파우어를 가지고, 그 광축이 상기 제1렌즈군의 광축과 동축 상에 배치되며, 왜곡수차를 보정할 수 있도록 적어도 일 매의 비구면렌즈를 구비하며, 상기 제1렌즈군을 치우쳐 통과한 광이 광축을 중심으로 전체에 걸쳐 발산 투과되는 제2렌즈군;을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is adopted in a projector having a light source and a display element for selectively generating an image for each pixel of the light irradiated from the light source, and obliquely with respect to the optical axis via the display element. A projection lens unit for a projector for expanding and projecting incident light, the projection lens unit being arranged sequentially from the display element side, having positive power to focus the incident image, and having a central axis of the lens inclined with respect to the incident optical axis A first lens group configured to transmit light incident from the display element toward one side from its center; A negative power to diverge and enlarge the focused image, the optical axis of which is disposed coaxially with the optical axis of the first lens group, and having at least one aspherical lens to correct distortion aberration; And a second lens group in which light passing through one lens group is divergently transmitted and transmitted around the optical axis.
또한, 제1렌즈군과 제2렌즈군 사이의 광축에서 벗어난 위치에 조리개(STOP)가 배치되며, 렌즈군 사이에 광경로를 꺾을 수 있는 거울 또는 프리즘이 구비된다.In addition, an aperture stop is disposed at a position deviating from the optical axis between the first lens group and the second lens group, and a mirror or a prism for bending an optical path is provided between the lens groups.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터용 투사렌즈유니트는 광원과 표시소자를 구비한 프로젝터에 채용되어 상기 표시소자를 경유하여 광축에 대해 비스듬히 입사되는 광을 확대 투영시키는 장치로, 상기 표시소자(도 1의 상면) 쪽으로부터 순차로 배치되는 제1렌즈군(Ⅰ)과, 제2렌즈군(Ⅱ)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a projection lens unit for a projector according to an exemplary embodiment of the present invention is an apparatus that is adopted in a projector having a light source and a display element to enlarge and project light incident at an angle to an optical axis via the display element. The first lens group I and the second lens group II are sequentially arranged from the display element (image surface in FIG. 1).
여기서, 상기 투사렌즈유니트는 실질상 상기 제1렌즈군(Ⅰ)쪽에서 제2렌즈군(Ⅱ)으로 화상을 조사하는 장치이다. 하지만, 그 렌즈 설계에 있어서 제2렌즈군(Ⅱ)쪽에서 광을 조사하여 상기 제1렌즈군(Ⅰ)을 통과한 후 표시소자가 위치되는 상면에 결상되도록 한다. 따라서 도 1은 렌즈의 설계를 고려하여 도면의 왼쪽으로부터 제2렌즈군(Ⅱ) 및 제1렌즈군(Ⅰ) 순으로 배치하였다.Here, the projection lens unit is a device for irradiating an image from the first lens group (I) to the second lens group (II). However, in the lens design, the second lens group (II) is irradiated with light to pass through the first lens group (I) and then to form an image on the image surface on which the display element is located. Therefore, in consideration of the lens design, FIG. 1 is arranged in the order of the second lens group (II) and the first lens group (I) from the left of the drawing.
상기 제1렌즈군(Ⅰ)은 입사되는 광을 집속시키도록 양의 파우어를 가진다. 이를 위하여 제1렌즈군(Ⅰ)은 4매의 볼록렌즈(L6)(L9)(L11)(L12)와, 2매의 오목렌즈(L7)(L10) 및 1매의 비구면렌즈(L8)로 구성된다. 이 제1렌즈군(Ⅰ)은 상기한 바와 같은 표시소자의 광학적 배치에 따라 광축(5)에 대해 비스듬히 입사된 광의 변조를 보정하기 위하여 상기 표시소자에서 생성되고 제3광학부재(7), 제2광학부재(5) 및 제1광학부재(3)를 경유하여 입사된 광이 그 광축(1)의 어느 한 쪽으로 치우쳐 통과되도록 배치된다.The first lens group I has a positive power to focus incident light. For this purpose, the first lens group I is composed of four convex lenses L6, L9, L11 and L12, two concave lenses L7 and L10 and one aspherical lens L8. It is composed. The first lens group I is generated in the display element to correct the modulation of light incident at an angle to the
따라서, 상기 제1렌즈군(Ⅰ)은 광축(1)을 중심으로 대략 절반은 미사용되므로, 미사용되는 부분이 절개된 반원통형상의 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 통상 프로젝터 내에 위치되는 제1렌즈군(Ⅰ)이 점유하는 공간을 줄일 수 있다.Therefore, since the first lens group I is approximately half unused around the
상기 제2렌즈군(Ⅱ)은 집속된 화상을 발산 확대시키도록 음의 파우어를 가진다. 이 제2렌즈군(Ⅱ)은 광화각 및 수차 특성을 고려하여 일 매의 볼록렌즈(L5), 일 매의 오목렌즈(L3), 일 매의 메니스커스렌즈(L4) 및, 2매의 비구면렌즈(L1)(L2)로 구성되며, 그 광축은 상기 제1렌즈군(Ⅰ)의 광축과 동축 상에 위치된다. 여기서, 상기 제1렌즈군(Ⅰ)을 치우쳐 투과한 광은 상기 제2렌즈군(Ⅱ) 전체에 걸쳐 투과된다.The second lens group II has a negative power to diverge and enlarge the focused image. The second lens group (II) includes one convex lens (L5), one concave lens (L3), one meniscus lens (L4), and two sheets in consideration of the wide angle of view and aberration characteristics. It consists of aspherical lenses L1 and L2, the optical axis of which is coaxial with the optical axis of the first lens group I. Here, the light transmitted through the first lens group I is transmitted through the entire second lens group II.
상기 제1렌즈군(Ⅰ)과 제2렌즈군(Ⅱ) 사이에는 수차에 의해 비정상적인 경로를 갖는 광을 차단할 수 있도록 광축에서 벗어난 위치에 조리개(STOP)가 구비된 것이 바람직하다.An aperture stop may be provided between the first lens group I and the second lens group II at a position off the optical axis to block light having an abnormal path due to aberration.
상기한 바와 같이, 구성된 제1렌즈군(Ⅰ) 및 제2렌즈군(Ⅱ)을 이루는 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈두께 및 렌즈 사이 간격, 굴절률 및 분산의 실시예를 표 1 및 표 2에 나타내었다.As described above, embodiments of curvature radius, lens thickness, and distance between lenses, refractive index, and dispersion for each lens forming the first lens group I and the second lens group II are shown in Tables 1 and 2. Indicated.
여기서, 렌즈 1(L1), 렌즈 2(L2), 렌즈 8(L8) 각각은 비구면렌즈로서, 수학식 1로 표현된 비구면 방정식을 따른다.Here, each of the lens 1 (L1), the lens 2 (L2), and the lens 8 (L8) is an aspherical lens, and follows the aspherical equation represented by Equation (1).
여기서, Z는 각 렌즈군의 광축으로부터 높이 h만큼 떨어진 위치에서의 렌즈 정점으로부터의 간격(sag)을 나타낸 값이고, c는 광축에서 렌즈의 곡률(곡률반경의 역수)이고, k는 코닉상수이고, 상수 A, B, C 및 D 각각은 각 렌즈의 비구면 계수를 나타낸다.Where Z is a value representing the sag from the lens vertex at a position h apart from the optical axis of each lens group, c is the curvature (inverse of the radius of curvature) of the lens at the optical axis, and k is a conic constant , Constants A, B, C and D each represent the aspherical coefficient of each lens.
상기 코닉상수는 각 렌즈 별로 서로 다르며, 도 1은 렌즈의 정확한 설계를 위하여 코닉상수로 0.000 값을 설정한 경우를 나타낸 것이다.The conic constant is different for each lens, and FIG. 1 shows a case in which a value of 0.000 is set as the conic constant for accurate design of the lens.
상기 각 비구면렌즈에 대한 비구면 계수는 표 2에 나타낸 바와 같다.Aspheric coefficients for the respective aspherical lenses are shown in Table 2.
상기 제1렌즈군(Ⅰ)과, 상기 제2렌즈군(Ⅱ) 사이에는 그 광학적 배치가 용이하도록 하기 위하여 각 렌즈군을 이루는 렌즈 사이의 광학적 배치에 비하여 상대적으로 충분히 격리되게 배치된다.In order to facilitate the optical arrangement between the first lens group I and the second lens group II, the first lens group I and the second lens group II are disposed relatively sufficiently separated from each other in the optical arrangement between the lenses constituting the lens groups.
이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1렌즈군(Ⅰ)과 제2렌즈군(Ⅱ) 사이의 광경로 상에 배치되어 입사되는 화상을 반사시켜 그 진행경로를 변환시키는 반사경(M)을 더 구비하여 광학적 배치를 용이하게 하도록 할 수 있다.In this case, as shown in FIG. 2, a reflector M which is disposed on an optical path between the first lens group I and the second lens group II to reflect an incident image and converts the traveling path. ) May be further provided to facilitate the optical arrangement.
도 3 내지 도 6 각각은 도 1에 도시된 프로젝터용 투사렌즈유니트의 수차 특성을 보인 수차도이다.3 to 6 are aberration diagrams showing aberration characteristics of the projection lens unit for the projector shown in FIG.
도 3a 내지 도 3c 각각은 각기 파장이 다른 광에 대한 탄젠셜(TANGENTIAL) 방향으로의 수차를 나타낸 것이다. 즉, 1.00상면, 0.69상면, 0.00상면 각각에 대하여 파장이 460.0nm인 광에 대한 수차(11), 550.0nm인 광에 대한 수차(12), 640.0nm인 광에 대한 수차(13)를 도시하였다.3A to 3C each show aberrations in a tangential direction for light having different wavelengths. That is, the
도 4a 내지 도 4c 각각은 각기 파장이 다른 광에 대한 사지탈(SAGITTAL) 방향으로의 수차를 나타낸 것이다. 즉, 1.00상면, 0.69상면, 0.00상면 각각에 대하여 파장이 460.0nm인 광에 대한 수차(11), 550.0nm인 광에 대한 수차(12), 640.0nm인 광에 대한 수차(13)를 도시하였다.4A to 4C show aberrations in the SAGITTAL direction for light having different wavelengths, respectively. That is, the
도 5는 비점수차를 나타낸 수차도로서, 초점에 따른 물상높이에서의 자오상면 만곡(T: tangential field curvature ; 14)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature ; 11)을 나타내었다.FIG. 5 is an aberration diagram showing astigmatism, and shows tangential field curvature (T) 14 and sagittal field curvature (S) 11 at the height of water according to the focal point.
도 6은 왜곡(distortion ; 16)을 나타낸 수차도이다.6 is an aberration
상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터용 투사렌즈유니트는 제1렌즈군(I)에 비스듬히 입사되는 화상을 스크린에 정상적으로 투영되도록 하여 콘트라스트 특성 및 수차특성을 대폭 개선하였다.As described above, the projection lens unit for a projector according to the embodiment of the present invention configured to improve the contrast characteristics and aberration characteristics by allowing the image incident at an angle to the first lens group I to be projected normally on the screen.
또한, 제1렌즈군(Ⅰ)을 그 광축을 중심으로 어느 한 부분만 이용함으로써 미사용되는 부분을 제거하여 프로젝터 내에 점유하는 공간을 줄일 수 있다.In addition, by using only one portion of the first lens group I around its optical axis, the unused portion can be removed to reduce the space occupied in the projector.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121129 Year of fee payment: 14 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131128 Year of fee payment: 15 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |