KR100248011B1 - 프로젝터용투사렌즈유니트 - Google Patents

Abstract

수차 및 렌즈 점유 공간을 줄일 수 있도록 구조가 개선된 프로젝터용 투사렌즈유니트가 개시되어 있다.

이 개시된 장치는 광원과, 이 광원에서 조사된 광을 각 화소별로 선택적으로 화상을 생성하는 표시소자를 구비한 프로젝터에 채용되어, 표시소자를 경유하여 광축에 대해 비스듬히 입사되는 광을 확대 투영시킨다.

이를 위하여 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 가지며, 그 광축이 제1렌즈군의 광축에 대해 제1렌즈군을 투과하는 광의 치우침 방향으로 어긋나게 배치된 제2렌즈군;을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

프로젝터용 투사렌즈유니트{Projecting lens unit for projector}

본 발명은 생성된 화상을 스크린에 확대 투영시키기 위한 프로젝터용 투사렌즈유니트에 관한 것으로서, 상세하게는 수차 및 렌즈의 점유 공간을 줄일 수 있도록 구조가 개선된 프로젝터용 투사렌즈유니트에 관한 것이다.

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.

상기 투사렌즈유니트는 수직 및 수평 방향으로의 화각 및 수차 등의 광학적 성능과, 프로젝터 내의 점유 공간 등을 고려하여 설계되어야 한다.

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.

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.

하지만, 각 렌즈 그룹들이 원형상의 구조를 가짐으로써 그 점유 공간을 줄이는데 한계가 있다.

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.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터용 투사렌즈유니트의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝터용 투사렌즈유니트의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

Ⅰ...제1렌즈군 Ⅱ...제2렌즈군

STOP...조리개 M...반사경

1...제1렌즈군의 광축 5...제2렌즈군의 광축

11...제1광학부재 13...제2광학부재

15...제3광학부재

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, 상기 표시소자 쪽에서 입사되는 광이 그 중심에서 어느 한 측으로 치우쳐 투과되도록 배치된 제1렌즈군과; 집속된 화상을 발산 확대시키도록 음의 파우어를 가지며, 그 광축이 상기 제1렌즈군의 광축에 대해 상기 제1렌즈군을 투과하는 광의 치우침 방향으로 어긋나게 배치된 제2렌즈군;을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

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.

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.

상기 제1렌즈군(Ⅰ)은 입사되는 화상을 집속시키도록 양의 파우어를 가진다. 이를 위하여 제1렌즈군(Ⅰ)은 4매의 볼록렌즈(L5)(L8)(L10)(L11)와, 2매의 오목렌즈(L6)(L9) 및 1매의 비구면렌즈(L7)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(15), 제2광학부재(13) 및 제1광학부재(11)를 경유하여 입사된 광이 그 광축(5)의 어느 한 쪽으로 치우쳐 통과되도록 배치된다.

따라서, 상기 제1렌즈군(Ⅰ)은 광축(5)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.

상기 제2렌즈군(Ⅱ)은 집속된 화상을 발산 확대시키도록 음의 파우어를 가진다. 이 제2렌즈군(Ⅱ)은 광화각 및 수차 특성을 고려하여 일 매의 볼록렌즈(L4), 일 매의 오목렌즈(L3) 및, 2매의 비구면렌즈(L1)(L2)로 구성된다. 또한, 상기 제2렌즈군(Ⅱ)의 광축(1)은 상기 제1렌즈군(Ⅰ)의 광축(5)에 대해 상기 제1렌즈군(Ⅰ)을 통과하는 광의 치우친 방향으로 소정 간격 어긋나게 배치된다.

도 1은 상기 제1렌즈군(Ⅰ)의 광축(5)에 대한 제2렌즈군(Ⅱ)의 광축(1)이 18.000mm 만큼 벗어난 경우를 나타내었다. 한편, 상기 제2렌즈군(Ⅱ)은 그 광축(1)이 제1렌즈군(Ⅰ)의 광축(1)에서 벗어나게 배치됨에 의한 비점수차와 코마수차를 보정하기 위하여 그 렌즈의 형상을 비회전 대칭형으로 할 수도 있다.

상기 제1렌즈군(Ⅰ)과 제2렌즈군(Ⅱ) 사이에는 수차에 의해 비정상적인 경로를 갖는 광을 차단할 수 있도록 조리개(STOP)가 더 구비된 것이 바람직하다.

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.

여기서, 렌즈 1(L1), 렌즈 2(L2), 렌즈 7(L7) 각각은 비구면렌즈로서, 수학식 1로 표현된 비구면 방정식을 따른다.

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.

상기 코닉상수는 각 렌즈별로 서로 다르며, 도 1은 렌즈의 정확한 설계를 위하여 코닉상수로 0.000 값을 설정한 경우를 나타낸 것이다.

상기 각 비구면렌즈에 대한 비구면 계수는 표 2에 나타낸 바와 같다.

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.

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. 도 2는 프로젝터에서 광을 조사하여 스크린(미도시)에 투영하는 예를 보이기 위한 것으로, 도면의 왼쪽에서부터 제1렌즈군(Ⅰ)과 제2렌즈군(Ⅱ)을 배치하였다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터용 투사렌즈유니트는 제2렌즈군(Ⅱ)의 광축(1)을 제1렌즈군(Ⅰ)의 광축(5)에 대해 어긋나게 배치시킴으로 제1렌즈군(I)에 비스듬히 입사되는 화상을 스크린에 정상적으로 투영되도록 하여 렌즈의 구경을 줄이고 콘트라스트 특성 및 수차특성을 대폭 개선하였다.

또한, 제1렌즈군(Ⅰ)을 그 광축을 중심으로 어느 한 부분만 이용함으로써 미사용되는 부분을 제거하여 프로젝터 내에 점유하는 공간을 줄일 수 있다.

Claims (4)

1. 광원과, 상기 광원에서 조사된 광의 광축에 대해 비스듬히 배치되어 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 가지며, 그 광축이 상기 제1렌즈군의 광축에 대해 상기 제1렌즈군을 투과하는 광의 치우침 방향으로 어긋나게 배치된 제2렌즈군;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 프로젝터용 투사렌즈유니트.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1렌즈군 각각은 그 광축을 중심으로 대략 절반이 절개된 반원통형상의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 투사렌즈유니트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1렌즈군과 제2렌즈군 사이의 광경로 상에 배치된 조리개를 더 구비한 것을 특징으로 하는 프로젝터용 투사렌즈유니트.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1렌즈군과 제2렌즈군 사이의 광경로 상에 배치되어 입사되는 화상을 반사시켜 그 진행경로를 변환시키는 반사경을 더 구비한 것을 특징으로 하는 프로젝터용 투사렌즈유니트.

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