KR100282120B1 - 투영장치 및 투영장치의 핀트조정방법 - Google Patents

투영장치 및 투영장치의 핀트조정방법 Download PDF

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미네후지노부타카
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가시오게산키 가부시키가이샤
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아사히 고가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

광원의 광을 투과형 화상패널에 입사시키고, 콘덴서렌즈와 결상렌즈로 이루어지는 투영렌즈계를 통하여 스크린에 투영하는 투영장치에 있어서, 투영배율을 변화시켜도 항상 콘트라스트가 저하하지 않는 양호한 투영화상 및 양호한 광량특성을 얻는 것을 목적으로 한다.
투영렌즈계를 구성하는 결상렌즈와 콘덴서렌즈를 투과형 화상패널에 대하여 상대적으로 광축방향으로 가동하게 지지하고, 또한 결상렌즈로부터 스크린까지의 투영거리를 변화시킬 때, 이 양 렌즈를 동시에 투과형 화상패널에 대하여 상대적으로 이동시켜서 스크린상에서 초점조절을 행하는 투영장치로 구성된다.

Description

투영장치 및 투영장치의 핀트조정방법
제1도는 본 발명의 투영장치 및 그 핀트조정방법을 나타내는 광학도.
제2도는 비교를 위하여 종래장치 및 그 핀트조정방법을 나타내는 광학도.
제3도는 액정프로젝터의 전체구성을 나타내는 광학도.
제4도는 본 발명의 투영장치와 종래의 투영장치의 차를 설명하기 위한 광학도.
제5도는 본 발명의 투영장치와 종래의 투영장치의 차를 설명하기 위한 광학도.
제6도는 본 발명의 투영장치와 종래의 투영장치의 차를 설명하기 위한 광학도.
제7도는 본 발명의 투영장치와 종래의 투영장치의 차를 설명하기 위한 광학도.
제8도는 본 발명의 투영장치의 구체적인 실시예를 예시하는 광학도.
제9도는 본 발명의 투영장치의 별도 실시예를 예시하는 도면.
제10도는 본 발명의 투영장치의 별도 실시예를 예시하는 도면.
제11도는 종래의 투영장치의 문제점을 설명하기 위한 구체적인 광학도.
제12도는 본 발명의 결상렌즈의 동공의 정의를 설명하는 도면.
제13도는 본 발명의 투영장치를 보다 구체적으로 한 실시예를 예시하는 주요부를 단면으로 한 평면도.
제14도는 제13도의 ⅩⅣ-ⅩⅣ 선에 따른 단면도.
제15도는 제13도의 ⅩⅤ-ⅩⅤ 선에 따른 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
11 : 조명광원 12 : 컬러 LCD (투과형 화상패널)
13 : 프레넬(Fresnel) 콘덴서렌즈 14 : 결상렌즈
15 : 투영렌즈계 16 : 스크린
[기술분야]
본 발명은 액정프로젝터와 같은 투영장치에 관한 것이며, 특히 그 핀트조정장치 및 방법에 관한 것이다.
[종래 기술 및 그 문제점]
액정프로젝터는 광원의 광을 액정패널에 입사시키고 액정패널을 투과한 광을 콘덴서 렌즈와 결상렌즈로 구성되는 투영렌즈계를 통하여 스크린상에 투영한다. 콘덴서렌즈는 액정패널을 투과한 광을 일단 집광하는 것으로 종래 액정패널에 고정되어 있고 투영배율(투영거리)의 변경시에는 결상렌즈를 광축방향으로 이동시키고 있었다.
이 종래장치는 사용하는 투영배율범위가 좁고, 결상렌즈를 이동시키는 것만으로 충분히 핀트조정을 행할 수 있었다. 본 출원인은 장치의 깊이를 얇게 하여 투영거리를 짧게 하기 위해 초광각(超廣角)의 투영렌즈계를 사용하고, 또한 그 투영배율의 범위를 수배 내지 수십배로 변화시키는 액정프로젝터의 광학계를 개발중이며, 이와 같은 초광각 렌즈에 있어서 종래장치와 동일하게 투영배율의 변화에 따라 결상렌즈만을 광축방향으로 이동시키면 액정패널에 평행으로 입사된 광이 결상렌즈의 입사동공에 들어가지 않고, 그 결과, 양호한 투영화상 및 광량특성을 얻을 수 없다는 것이 판명되었다. 달리 말하면, 투영렌즈계의 입사동공에는 액정패널에 직교하지 않고 비스듬히 입사하여 사출하는 광선만이 입사하게 된다. 액정패널에는 이 패널로의 입사각의 수직입사로부터의 차이량이 커짐에 따라 콘트라스트가 저하한다고 하는 각도의존성이 있기 때문에 양호한 투영화상을 얻을 수 없다.
[발명의 목적]
따라서 본 발명은 투영렌즈계로서 초광각렌즈를 사용하고 그 투영배율의 변화범위가 큰 경우에 있어서도 모든 투영배율로 양호한 투영화상이 얻어지는 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
[발명의 개요]
본 발명은 광원의 광을 투과형 화상패널에 입사시키고 콘덴서렌즈와 결상렌즈로 이루어지는 투영렌즈계를 통하여 스크린에 투영하는 투영장치에 있어서, 결상렌즈와 콘덴서 렌즈를 투과형 화상패널에 대하여 상대적으로 광축방향으로 가동하게 지지하고 또한 투영렌즈계로부터 스크린까지의 투영거리를 변화시킬때 이 결상렌즈와 콘덴서렌즈를 동시에 투과형 화상패널에 대하여 상대적으로 이동시켜서 스크린상에서 초점조절을 행하게한 것을 특징으로 하고 있다.
콘덴서렌즈는 투과형 화상패널(액정패널)의 크기에 대응하는 대형의 것이며, 한편, 결상렌즈는 콘덴서렌즈에 의해 일단 집광된 광속을 투영하기 때문에 소형이다. 이 때문에 종래장치에 있어서는 콘덴서렌즈는 패널에 고정하고, 결상렌즈만을 움직여서 초점조절(투영배율의 변경)을 행하고 있었다. 본 발명은 종래기술에 있어서의 이 상식을 탈피함으로서, 투영렌즈계로서 초광각렌즈를 사용하고 그 투영배율의 변화범위가 큰 경우에 있어서도 모든 투영배율로 양호한 투영화상 및 광량특성을 얻는 것에 성공하였다.
결상렌즈 뿐만 아니라, 콘덴서렌즈도 동시에 이동시킴으로써 화상패널에 대략 평행으로 입사한 광을 항상 결상렌즈의 입사동공에 입사시킬 수 있고, 따라서, 모든 투영배율에 있어서 화상을 양호하게 투영할 수 있다. 또한 본서에 있어서, 투영배율은 확대측 투영배율을 M, 축소측 투영배율을 m 으로 표현하며, M=1/m의 관계로 된다.
투영렌즈계는 초광각렌즈로 렌즈전체길이가 짧기 때문에 콘덴서렌즈에서의 광선의 굽힘각이 크다. 따라서, 콘덴서렌즈는 프레넬렌즈로 구성되는 것이 실제적이다.
결상렌즈와 콘덴서렌즈는 투과형 화상패널에 입사한 대략의 평행광이 항상 결상렌즈의 입사동공에 입사하는 관계를 유지하여 이동시키는 것이다. 이 관계는 약간의 오차를 허용한다면 결상렌즈와 콘덴서렌즈를 일체로 이동시킴으로써 달성가능하다.
또 본 발명의 투영장치는 특히 콘덴서렌즈와 결상렌즈로 구성되는 투영렌즈계의 반화각()이 30~45°로, 투영배율비가 5 배이상, 예컨대 M=-4 x ~ -20 x (m=-0.25 x ~ -0.05 x)일때, 우수한 효과를 발휘한다.
또 본 발명은 다른 표현에 의하면 대략의 평행광을 투과형 화상패널에 입사시키고, 콘덴서렌즈와 결상렌즈로 이루어지는 투영렌즈계를 통하여 스크린에 투영하는 투영장치에 있어서, 결상렌즈, 콘덴서렌즈 및 투과형 화상패널을 이 투과형 화상패널에 입사한 대략의 평행광이 어느 투영배율이라도 결상렌즈의 입사동공에 입사하도록 상대이동시켜서 스크린상에서 초점조절을 행하는 것을 특징으로 하는 투영장치의 핀트조정방법이다.
본 발명의 투영장치 및 투영장치의 핀트조정방법에 사용되는 투과형 화상패널은 액정패널인 것이 바람직하다.
[발명의 실시예]
이하에 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 제 3도는 본 발명에 의한 액정프로젝터의 전체구성을 나타내고 있다. 조명광원(11)으로부터 나온 대략 평행한 광속은 컬러액정패널(LCD; 12)에 입사하고, 이것을 투과한 후 프레넬콘덴서렌즈(이하 프레넬렌즈; 13)와 결상렌즈(14)로 이루어지는 투영렌즈계(15)에 입사한다. 투영렌즈계(15)의 프레넬렌즈(13)는 LCD(12)로부터 나온 대략의 평행광을 일단 집광하고, 결상렌즈(14)는 스크린(16)상에 컬러 LCD(12)의 상을 투영한다.
조명광원(11)은 포물면 거울(11a)의 초점위치에 광원(11b)을 둔 것으로 광원(11a)으로부터의 광은 포물면거울(11a)에서 반사하여 대략 평행한 광속으로 된다. 제 3도는 단일판식의 컬러 LCD(12)을 도시하였으나, 컬러액정프로젝터에서는 R, G, B 3색의 컬러 LCD(12)의 상을 합성하는 타입도 있다. 이와 같은 컬러액정프로젝터라도 각 LCD 에 대해서 보면 제 3도의 광학계가 성립한다.
제 1도는 본 발명에 의한 투영장치 및 투영장치의 핀트조정방법의 원리를 도시하며, 제 2도는 종래의 그것을 나타내고 있다. 컬러 LCD(12)에 입사한 대략의 평행광속은 컬러 LCD(12)를 투과한 후, 프레넬렌즈(13)에 입사하여 일단 집광되고 결상렌즈(14)를 통하여 스크린(16)에 투영된다. 제 1도, 제 2도의 실선은 최장투영거리(최대투영배율, 예컨대 ∞)일때의 프레넬렌즈(13) 및 결상렌즈(14)의 위치와, 결상렌즈(14)의 입사동공을 통과하는 광선을 나타내고 있다. 동 파선은 최단투영거리(최소투영배율, 예컨대 투영화상사이즈 10''(인치))시의 그것들을 나타내고 있다.
제 1도에서는 투영거리가 최장으로부터 최단으로 변화함에 따라 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)가 대략 동등한 양만큼 스크린(16) 측으로 이동하고 있다. 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)의 이동량은 어느쪽의 투영배율이라도 컬러 LCD(12)에 평행으로 입사하여 출사된 광선이 결상렌즈(14)의 입사동공을 통과하도록 정해져 있다. 바꾸어 말하면, 투영렌즈계(15)를 구성하는 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)는 어느쪽의 투영배율이라도 컬러 LCD(12) 측에 대략 텔레센트릭한 광학계를 구성하도록 이동된다. 이와 같이 프레넬 렌즈(13)와 결상렌즈(14)를 이동시키면 컬러 LCD(12)에 수직으로 입사된 광만이 스크린(16)에 투영되게 되고 컬러 LCD(12)의 콘트라스트가 저하하는 원인이 생기지 않는다. 또한, 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)는 공히 정렌즈로 형성되어 있다.
이것에 대하여 종래예를 예시하는 제 2도에서는 프레넬렌즈(13)는 컬러 LCD(12)에 고정되어 있다. 이 때문에, 예컨대 최장투영거리에 있어서 컬러 LCD(12)에 평행하게 입사하여 출사된 광선이 결상렌즈(14)의 입사동공을 통과하도록 정했다고 하면, 결상렌즈(14)를 스크린(16) 측으로 이동시키는 최단투영거리에서는 동 광선은 결상렌즈(14)의 입사동공을 통과하지 않는다. 결상렌즈(14)의 입사동공을 통과하는 광선은 파선으로 도시한 바와 같이 컬러 LCD(12)에 대하여 어떤 각도(θ')를 이루어 입사하는 광이다. 즉, 결상렌즈(14)의 입사동공에는 컬러 LCD(12)에 대략 평행으로 입사한 광은 입사하지 않고, 파선으로 나타내는 컬러 LCD(12)에 대한 직교방향으로부터 경사한 광선만이 입사하게 된다.
컬러 LCD(12)에 입사하는 대략의 평행광속과, 이 파선으로 나타내는 광선과의 각도를 θ' 로 하면 상기한 바와 같이 컬러 LCD(12)에는 각도(θ')가 커질수록 콘트라스트가 저하한다고 하는 각도의존성이 있다. 이 때문에, 가령 최장투영거리에 있어서 가장 우수한 콘트라스트가 얻어지도록 결상렌즈(14)의 위치를 정했다고 하면, 투영거리가 짧게됨에 따라 컬러 LCD(12)를 조명하고 있는 대략의 평행광(패널 12 에 수직으로 입사되는 광)은 차츰 결상렌즈(14)의 입사동공에 들어가지 않게되고 반대로 광축과의 평행도의 차이가 큰 광이 동 입사동공에 입사되기 시작한다. 그리고 컬러 LCD(12)의 주변에 입사되는 광일수록 평행으로부터의 차이량은 크다. 그 결과, 콘트라스트가 저하되어 가고 최단투영거리에서 최악으로 된다. 반대로, 최단투영거리에 있어서 가장 우수한 콘트라스트가 얻어지도록 했다고 하면 최장투영거리에 있어서 최악의 콘트라스트로 된다.
또 컬러 LCD(12)를 대략의 평행광만으로 조명한 경우, 최장투영거리에 있어서 주변광량이 양호하게 되도록 결상렌즈(14)의 위치를 정했다고 하면 투영거리가 짧게 됨에 따라 결상렌즈(14)의 입사동공에 효율있게 광을 수용하기가 곤란하게 되며 주변부로 됨에 따라 광량저하가 커진다. 반대로 최단투영거리에 있어서 주변광량이 양호하게 되도록 해도 동일하다.
이것에 대하여 본 발명에 의하면 투영거리에 불구하고 결상렌즈(14)의 입사동공에는 항상 컬러 LCD(12)에 평행으로 입사된 광이 입사하기 때문에 콘트라스트의 저하는 생기지 않는다.
제 4도 내지 제 7도는 투영거리를 변화시킬때, 투영렌즈계(15)의 결상렌즈(14)만을 이동시키고 있었던 종래예의 문제점과, 투영렌즈계(15)의 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)를 각각 이동시키는 본 발명의 우위성을 더욱 설명하기 위한 도면이다. 제 4도 내지 제 7도에서는 결상렌즈(14)를 제 1군(G1), 프레넬렌즈(13)를 제 2군(G2)으로 하고, 제 1군(G1)의 초점거리, 배율을 각각 f1, m1, 제 2군(G2)의 그것들을 f2, m2로 한다.
투영거리가 ∞일때의 제 1군(G1)과 제 2군(G2)의 배치를 제 4도에 도시한다. 제 5도, 제 6도는 제 1군(G1)만을 이동시켜서 투영배율을 바꾼 경우, 제 7도는 제 1군(G1), 제 2군(G2)을 일체로 이동시켜서 투영배율을 바꾼 경우의 설명도이다. 제 4도의 제 1군(G1)의 위치를 기준으로 하여 망원측의 투영배율을 mT로 하기 위한 제 1군(G1)의 이동량을 ΔT(제 5도), 광각측의 투영배율을 mW로 하기 위한 제 1군(G1)의 이동량을 ΔW(제 6도)로 한다. 제 1군(G1)을 도면에서 좌측으로 이동시켜서 종합배율(mT, mW)을 달성하기 위해서는 제 1군(G1)에 있어서 각 배율은 mT/m2, mW/m2로 부여된다.
제 1군(G1)의 이동량 (ΔT, ΔW)은 각각
ΔT= (mT/m2)·f1
ΔW= (mW/m2)·f1
망원측과 광각측 사이의 이동량(Δ1)은
Δ1= ΔT- ΔW
= (mW-mT) f1/m2… (1)
이것에 대하여, 제 7도에 도시한 제 1군(G1)과 제 2군(G2)이 일체로 이동할때의 이동량(Δ2)은 제 1군(G1)과 제 2군(G2)의 합성초점거리를 f12로 하여,
Δ2= (mW- mT) f12… (2)
│ m2│ 〈 1 이므로,
│ mW- mT│ 〈 │ (mW- mT)/m2│
또 후술하는 실시예와 같이 f12〈 f1이면,
│ mW- mT│·f12〈 │ (mW- mT)/m2│·f1
즉, │Δ2│ 〈 │Δ1│
이 결과는, 제 1군(G1)과 제 2군(G2)을 일체로 이동한 쪽이 제 1군(G1)만을 이동시키는 경우에 비하여 동일배율변화를 얻기 위한 이동량이 적어도 되는 것을 나타내 있다.
또, 간단하게 하기 위하여 제 4도에 도시한 바와 같이 기준투영거리를 ∞로 한 경우에는,
-1/(f1- f2) + 1/fB= 1/f2
이므로,
fB= (f2- f1) (f1- f2)
또, m2= fB/(f1- f2)
이므로,
m2= f2/f1으로 된다.
그런고로, Δ1은
Δ1= (mW- mT) (f1 2/f2) … (3)
으로 나타낼 수도 있다.
본 발명의 실시예에서는,
mT= -0.04
mW= -0.24
f1= 55.9
f2= 39.9
이며, 이것들을 (3) 식에 대입하여, G1만을 이동했을 때의 망원측과 광각측 사이의 이동량(Δ1)을 계산하면,
Δ1= -15.7 (- 는 제 4도에서 좌측으로 이동하는 것을 뜻한다)이다.
또, f12= 39.8 이므로, (2) 식으로부터 G1과 G2를 일체로 이동했을때의 망원측과 광각측 사이의 이동량(Δ2)을 계산하면,
Δ2= -8.0 으로 되고, 제 1군(G1)과 제 2군(G2)을 일체로 이동한 쪽이 이동량이 적게 되는 것을 알 수 있다.
이동량 (Δ1)은 근축(近軸) 광선의 경사각의 크기와 제 1군(G1)의 동공의 크기에 대하여 무시할 수 있는 양은 아니다. 즉, 제 1군(G1) 만을 이동하면, 투과형 화상패널(12)에 평행하게 입사된 광선은 제 1군(G1)의 동공을 통과하지 않게 된다. 또, 제 1군(G1)을 통과하는 근축광선의 투과형 화상패널(12)로의 입사각은 광축과 평행이 아니게 된다(제 6도).
이상의 설명은 투영거리가 ∞ (즉, 축소측 촬영배율 m = 0x)인 것으로 행하였으나, 본 발명의 실시예에 예시하는 m = -0.04x 는 충분히 m = 0x에 가까우므로, 통상의 유한거리에 투영거리를 설정하는 경우도 이상의 이론이 적용된다.
본 발명은 특히 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)로 구성되는 투영렌즈계(15)의 반화각이 30~45° 투영배율비가 5 배정도 이상으로 변화하는 투영장치에 사용하는 것이 바람직하다. 투영렌즈계(15)의 반화각이 15~20° 정도, 확대측 투영배율(M)의 범위가 M =-10x~-40x (m= -0.1x~-0.025x) 정도의 종래의 투영장치에서는, θ'는 최대라도 2~3° 정도이며, 콘트라스트의 저하는 그다지 문제로 되지 않는다.
또한, 일반적으로 컬러 LCD(12)에 대략 평행으로 입사된 광을 항상 결상렌즈(14)의 입사동공에 입사시키기 위해서는 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)를 독립적으로 이동시키는 것이 바람직하다. 그러나, LCD 로부터의 사출광의 평행도가 양호한 경우에는 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)를 일체로 이동하여도 θ'는 변화하지 않으므로, 콘트라스트에 변화는 생기지 않는다. 반대로 양 렌즈를 일체로 이동시키면, 그 이동기구를 간략화할 수 있다고 하는 이점이 있다.
또, 도시예에서는 컬러 LCD(12)에 대하여 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)를 이동시켰으나, 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)에 대하여 컬러 LCD(12)를 이동시켜도 이론상, 본 발명은 성립된다.
다음에 제 1도에서 설명한 내용을 본 발명의 구체적인 실시예를 예시하는 제 8도를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다.
제 8도에 있어서,
결상렌즈(14)의 초점거리 ; f1= 55,9㎜
프레넬렌즈(13)의 초점거리 ; f2= 39.9㎜
전체 렌즈계의 합성초점거리 : f12= 39.8㎜
S ; 축소측배율 m = 0x 로부터 mW= -0.24x에 이르는 투영렌즈(입사동공)의 이동량,
x ; 축소측배율 m = 0x 로부터 mW= -0.24x에 이르는 프레넬렌즈의 이동량,
L ; 각 배율에 있어서의 결상렌즈와 프레넬렌즈와의 거리,
h ; LCD 의 중심으로부터 대각까지의 길이, 또는 투영렌즈계의 최대물체높이(=31㎜)
Φ ; 결상렌즈의 입사동공의 직경 (= 8.3㎜)
θ ; 결상렌즈의 입사동공의 중심에 입사되는 광선의 각도
θ' ; 결상렌즈의 입사동공의 중심에 입사되는 광선의 LCD 에 입사되는 각도 (LCD 의 수직으로부터의 이탈)
α ; h 에 있어서의 프레넬렌즈의 정각 (頂角)(= 59.7° )
으로 한다.
또한, 축소측 배율 mT= -0.04x (MT= -25x)에 있어서의 조건은, m = 0x에 가까우므로, 간단하게 하기 위하여 전항의 설명과 동일하게 투영거리를 ∞, 즉 축소배율 m = 0x 를 기준으로 하여 설명한다. 또, 도면중의 결상렌즈(14)는 입사동공의 위치로서 대표시키고 있다. 입사동공은 제12도에 도시한 바와 같이, 축소측(LCD측)에서 본 투영렌즈의 동공으로 하고 있다. 제12도에 있어서, 14A, 14B는 결상렌즈(14)의 입사동공위치와 사출동공위치를 각각 나타내고 있다.
제 8도에 있어서, x = S 의 경우의 각 배율에 있어서의 수치는 다음과 같이 된다.
제 8도에 있어서 투령렌즈계(15)는 축소측배율 m = 0x 에 있어서 반화각 θ= 38° 의 초광각렌즈이다. 여기서 최단투영거리에 있어서의 축소측배율 mW= -0.24x로 되도록 결상렌즈(14)와 프레넬렌즈(13)를 일체로 이동시킬때, 즉 결상렌즈의 이동량(S)과 프레넬 렌즈의 이동량(x)이 동등하게 되도록 투영렌즈계를 이동시켜서 초점을 맞출때, 투영렌즈계(15)의 이동량은 S = x= -9.6㎜로 된다. 또, mT= -0.04x에서 mW= -0.24x로 되도록 이동시킨 경우는, Δ2= -8.0㎜로 된다. 그때, LCD(12)를 투과한 평행광속은 프레넬렌즈(13)를 통과한후, m = 0x의 때와 동일조건으로 집광되나, 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)의 위치관계는 유지된 채이므로 결상렌즈(14)의 입사동공(14A)에 효율있게 LCD를 투과한 광속을 수용할 수가 있다.
즉, LCD 를 투과한 광축에 평행한 조명광속이 결상렌즈(14)의 입사동공에 들어가는 조건은,
│ (S - x)·h/L │≤Φ/2 … (4)
로 부여된다.
따라서, 결합렌즈(14)의 이동량(S)과 프레넬렌즈의 이동량(x)이 S = x 일때, 즉 결상렌즈와 프레넬렌즈가 제 1도 및 제 8도와 같이 함께 이동할때,
0 ≤ Φ/2
가 성립되고, 투영배율이 크게 변화되어도 항상 LCD 를 투과한 광축에 평행한 조명광속이, 결상렌즈의 입사동공에 들어가기 때문에 양호한 화상을 얻을 수 있다. 또, 조건식(4)을 만족시키면, x ≠ S의 경우라도 요구성능에 따른 화상을 얻을 수 있다.
또한, LCD 를 투과하는 광속이 평행광으로부터 이탈되어 있는 경우, 즉 조명광이 발산광속 또는 집속광속으로 되어 있는 경우, x ≠ S로 함으로써 보다 효율적으로 조명광속을 결상렌즈(14)의 입사동공(14A)에 수용할 수 있게 된다.
예컨대, 제 9도에 도시한 바와 같이, LCD 에 입사하는 조명광이 발산성이 강한 경우, 축소측배율 m = 0x 일때에 가장 조건이 양호해지도록 투영렌즈와 프레넬렌즈를 배치했다고 한다. 여기서, 최단투영배율 mW= -0.24x로 초점맞춤하기 위하여, x = S 를 만족시켜서 투영렌즈계를 구동시키는 경우, LCD 와 프레넬렌즈의 거리가 변화하기 때문에, m = 0x일때의 프레넬렌즈로의 입사높이(H)에 대하여 최단투영배율 mW= -0.24x에 있어서의 프레넬렌즈로의 입사높이(H)가 상이하며, 결과로서 제 9도에 도시된 바와 같이 유효한 광속이 결상렌즈의 입사동공에 수용할 수 없게 되는 경우가 있다.
이와 같은 경우 제10도에 도시한 바와 같이 조건식(4)을 만족시키도록 결상렌즈의 이동량(S)과 프레넬렌즈의 이동량(x)을 각각 상이한 이동량으로 설정하는 것이 효과적이다.
반대로, 조명광이 집광성이 강한 경우에도 S ≠ x로 함으로써 효과적으로 결상렌즈의 입사동공에 광속을 수용할 수 있게 된다.
다음에, 제 2도에서 설명한 프레넬렌즈를 고정했을때의 문제점을 제11도에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 제11도에 있어서, x = 0 의 경우 즉 프레넬렌즈(13)를 고정하여 결상렌즈(14)만을 이동시켜서 각 배율로 초점맞춤시키는 경우에 있어서의 상기의 각 수치는 하기와 같이 된다.
결상렌즈(14), 프레넬렌즈(13) 등의 조건은 상기의 예와 동일하다. 축소측배율 m = 0x에서 최단투영배율 mW= -0.24x로 배율을 변화할때, 프레넬렌즈(13)를 고정하여 (x = 0), 결상렌즈(14)만을 이동시켜서 소망의 배율을 얻을려고 하면 결상렌즈의 이동량은 S = 18.8㎜로 된다. 또, mT= -0.04x로부터 mW= -0.24x로 되도록 이동시킨 경우는 Δ1= -15.7㎜ 로 되고, 상기의 결상렌즈와 프레넬렌즈를 함께 이동시키는 경우와 비교하면, 렌즈이동량이 대단히 큰 것을 알 수 있다.
또, LCD 에 수직으로 입사된 광선(h = 31)은 L = 58.5에 있어서 Z = 14.7로 되고, 결합렌즈의 입사동공의 크기 Φ/2 = 4.15 보다 커지고 만다. 반대로, θ = 28° 의 광선이면, L = 58.5에 있어서 결상렌즈의 입사동공의 중심을 통과하나 이 광선은 LCD(12)를 θ' = 21°로 투과한 광선이기 때문에 액정의 각도 의존성에 의해 투과율도 낮고, 콘트라스트도 나쁘기 때문에 양호한 화상을 얻을 수 없다.
다음에 본 발명의 투영장치를 보다 구체적으로 한 액정프로젝터의 실시예를 설명한다. 제13도 내지 제15도는 그 기계적 구성을 나타내고 있다. 이 액정프로젝터(20)의 본체케이스(21)내에는 포물면 거울(11a)과 그 초점위치에 둔 광원(11b)을 가진 조명광원(11), 제 1 반사미러(23), LCD(12), 가동렌즈유닛(22), 제 2 반사미러(24) 및 스크린플레이트(25)가 순차 배열설치되어 있다. 가동렌즈유닛(22)에는 콘덴서프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)로 이루어지는 투영렌즈계(15)가 탑재되어 있다. 이 예에서는, 구성을 단순하게 하기 위하여 투영렌즈계(15)의 프레넬렌즈(13)와 결상렌즈(14)는 미리 정한 거리로 고정되어 있다. 가동렌즈유닛(22)은 광축방향으로 가동할 수 있으며, 수동 혹은 전동의 구동기구에 의해 구동된다. 이 종류의 구동기구는 잘 알려져 있다.
스크린플레이트(25)는 예컨대 10인치에서의 감상용으로, 이것을 벗기고 혹은 본체케이스(21)내에 수납하여 투영개구(26)를 노출시키면 가동렌즈유닛(22)의 결상렌즈(14)를 나온 광속이 외부로 투광된다. 이때, 외부에 별도 스크린(25')을 설치하고 이 스크린(25')과 액정프로젝터(20)와의 거리를 변경함으로써 임의의 투영배율을 얻을 수 있다. 핀트조정은 가동렌즈유닛(22)의 전체를 광축방향으로 이동시켜서 행한다.
또한, 본 발명은 액정프로젝터에 한정되지 않고 OHP(오버헤드프로젝터) 등의 투영장치 전반에 광범위하게 적용된다.
[발명의 효과]
이상과 같이 본 발명에 의하면, 투영배율을 변화시켜도 항상 콘트라스트가 저하하지 않는 양호한 투영화상을 얻을 수 있고 광량특성도 양호하게 유지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 광원 ; 투과형 화상패널; 스크린; 그리고 프레넬 콘덴서렌즈와 결상렌즈를 갖추고 있고 그리고 30° 내지 45°사이의 반화각과 5배 이상의 투영배율비를 갖춘 투영렌즈계;로 구성된 투영장치로서, 광원으로부터의 광이 투과형 화상패널에 입사되고 그리고 투영렌즈계를 통해서 스크린에 투영하고, 그리고 상기 콘덴서렌즈와 상기 결상렌즈는 광축방향으로 투과형 화상패널에 대하여 가동하게 지지되어 투영렌즈계로부터 스크린까지의 투영거리가 변할 때, 상기 콘덴서렌즈와 상기 결상렌즈 양자는 스크린상에 광의 초점을 조절하도록 투과형 화상패널에 대하여 상대적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 투영장치.
  2. 평행한 광속이 투과형 화상패널상에 입사되고 그리고 프레넬콘덴서렌즈와 결상렌즈, 30° 내지 45° 사이인 투영렌즈계의 반화각 그리고 5배 이상의 투영배율비를 갖춘 투영렌즈를 통해 스크린에 투영되는 투영장치의 핀트조정방법에 있어서, 스크린상의 광선의 초점조절은 콘덴서렌즈, 결상렌즈 그리고 투과형 화상패널을 상대이동시키므로서 수행되어 투과형 화상패널에 입사되는 평행광선을 투영배율비에 관계없이 결상렌즈의 입사동공에 입사하는 것을 특징으로 하는 투영장치의 핀트조정방법.
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