KR100387123B1

KR100387123B1 - 텔리센트릭렌즈시스템

Info

Publication number: KR100387123B1
Application number: KR1019970703782A
Authority: KR
Inventors: 자콥 모스코비치
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 2003-10-10
Also published as: JPH11500834A; KR987000587A; EP0796450A1; US5625495A; WO1996018124A1; DE69530938T2; EP0796450B1; DE69530938D1; USRE39424E1

Abstract

LCD 또는 DMD 패널과 같은 픽셀화된 패널에 사용하기 위한 텔리센트릭 렌즈 시스템이 제공된다. 이 시스템은 긴 ASOD(대물거리에 대한 구경 조리개), 및 높은 수준의 가로색 보정을 포함하는 높은 수준의 수차 보정을 갖는다. 바람직하게는, 시스템은 또는 낮은 f-수 및 넓은 각도를 갖는다. 시스템은 긴 ASOD를 생성하는 네거티브의 제1 유닛, 시스템의 구경 조리개를 둘러싸는 두 개의 메니스커스 소자를 포함하는 약한 제2 유닛 및 시스템의 텔리센트릭 동공을 형성하도록 구경 조리개를 이미지화하는 포지티브 유닛을 포함한다.

Description

텔리센트릭 렌즈 시스템{TELECENTRIC LENS SYSTEMS FOR FORMING AN IMAGE OF AN OBJECT COMPOSED OF PIXELS}

LCD 또는 DMD에 사용하는 투사 텔레비전 시스템은, 특히, 컴퓨터 모니터에 사용하기 위해 개발되고 있다. 이러한 투사 텔레비전은, 예를 들면, 적, 녹, 및 청의 픽셀을 갖는 단일 패널 또는 각 색 중 하나인 세 개의 개별적인 패널의 상을 형성하는 단일 렌즈 시스템을 사용하는 것이 바람직하다.

다른 경우에 있어서, 특히, 새 개의 패널인 경우, 렌즈 시스템은 통상적으로 렌즈 시스템이 화면 스크린 쪽으로 투사되는 서로 다른 색의 광로로부터 나온 광을조합하는데 사용되는 필터, 빔스플리터, 프리즘 등 광소자에 적합하도록 긴 ASOD를 가질 필요가 있다.

픽셀화된 패널의 조명은 이러한 패널을 사용하는 투사 TV의 성능에 중요한 역할을 한다. 특히, TV 스크린 상에 밝고 균일하게 조명이 된 상을 얻기 위하여 조명 시스템의 출사동(exit pupil)의 위치 및 크기를 렌즈 시스템의 입사동(entrance pupil)을 갖는 조명 시스템의 출사동(exit pupil)에 일치시키는 것이 중요하다. 조명 광학은 일반적으로 출사동이 광원으로부터 먼 거리에 위치할 때 가장 잘 작동되기 때문에, 긴 입사동 거리를 가진 투사 렌즈 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, LCD 패널은 광이 작은 각으로 패널을 통과할 때 가장 잘 작동된다.

텔리센트릭 렌즈 시스템은 무한대에서 적어도 하나의 동공을 갖는 시스템이다. 주광선에서 보면, 무한대에서 동공을 갖는다는 것은 주광선이 (a) 만일 입사동이 무한대에 있다면, 대물 거리와, 또는 (b) 만일 출사동이 무한대에 있다면, 상거리와 광축에 평행하다는 것을 의미한다. 광은 직선으로 렌즈 시스템을 통하여 전파할 수 있고, 무한대에서 동공은 물체와 상에 관한 시스템 적응에 따라 입사동 또는 출사동으로서 기능을 할 수 있다. 따라서, "텔리센트릭 동공(telecentric pupil)" 이란 용어는 동공이 입사동 또는 출사동으로서 기능하든지 무한대에서의 시스템 동공을 의미하는 것으로 사용될 것이다.

실제적인 응용에서, 시스템의 광학적 표면으로부터 충분히 먼 거리에서 입사동 또는 출사동을 갖는 렌즈 시스템이 본질적으로 텔리센트릭 시스템으로 작동하기 때문에, 텔리센트릭 동공은 무한대에서 실제적으로 필요하지 않다. 이러한 시스템용 주광선은 실질적으로 광축에 평행하며, 따라서, 시스템은 일반적으로 동공의 이론적(Gaussian) 위치가 무한대인 시스템과 기능적으로 동일하다.

따라서, 본 명세서에 사용된 "텔리센트릭 렌즈 시스템(telecentric lens system)"은 렌즈 소자로부터 긴 거리에 적어도 하나의 동공을 갖는 렌즈 시스템을 포함하는 것을 의미하고, "텔리센트릭 동공(telecentric pupil)"은 렌즈 소자로부터 긴 거리에 있는 이러한 동공을 설명하는데 사용된다. 본 발명의 렌즈 시스템에서, 텔리센트릭 동공 거리는 일반적으로 적어도 시스템의 초점길이의 약 10배가 된다.

또한, 긴 ASOD 및 텔리센트릭을 갖는 픽셀화된 패널에 사용하기 위한 렌즈 시스템은 일반적으로 가로색 보정을 포함하는 높은 수준의 수차 보정을 가질 필요가 있다. 가로색, 즉, 색의 배율 변화는, 특히, 계의 경계에서 그 자체로 콘트라스트의 감소를 의미한다. 극단적인 경우에, 전체 계의 영역에서 레인보우 효과(rainbow effect)가 나타날 수 있다.

음극선관(CRTs)을 사용하는 투사 텔레비전에서, 소량의(잔여) 가로색은 전자적으로, 예를 들면, 청색 CRT 상에 생성된 것에 대하여 적색 CRT의 면상에 생성된 상의 크기를 감소시킴으로써 보상될 수 있다. 그러나, 상이 디지털화되고 이로 인해 전체 시계를 통하여 크기를 스무드하게 조정하는 것이 불가능하기 때문에, 픽셀화된 패널로 조정할 수 없다.

따라서, 보다 높은 수준의 가로색 보정이 렌즈 시스템에 필요하다. 특히, VGA 컴퓨터 모니터용에서, 가시광선 스펙트럼에서 픽셀화된 패널의 전체 활성 표면을 통하여 산정된 가로색은 픽셀의 대각선보다 작아야 하고, 바람직하게는 픽셀의 대각선의 2/2보다 작아야 한다.

컴퓨터 모니터 응용에서 픽셀화된 패널 및 그 사용은 또한 왜곡 보정 및 계의 평면 이미지의 달성, 즉, 높은 수준의 렌즈 시스템의 계의 곡률 보정의 달성에 관한 엄격한 요구가 있다. 이것은 화면 데이터가 디스플레이될 때, 고품질의 상이 렌즈 시스템의 시계의 극점(extreme points)에서 조차 요구되기 때문이다. 유사하게, 픽셀화된 패널의 상을 통하여 조명 수준을 유지하는 것, 즉, 렌즈 시스템에서 비네팅(vignetting) 때문에 발생할 수 있는 최소의 상대 조명 저하를 유지하는 것이 중요하다. 또한, 다양한 조명 계획이 큰 개구수, 즉, 2 또는 그 이상이 f-수에 대응하는 개구를 갖는 렌즈 시스템에 요구된다.

후투사 응용에서, 가능한 전체 패키지 크기(모니터 크기)는 작은 것이 바람직하다. 광학 용어로서, 이것은 큰 상 크기를 유지하는 동안 공액상(imaging conjugates)이 가능한한 작게 제조되어야 하는 것을 의미한다. 환언하면, 이것은 투사 렌즈 시스템이 넓은 시계, 즉, 바람직하게는 시계의 반각이 적어도 25° 또는 그 이상이어야 한다는 것을 의미한다. 이하, 이러한 시계를 갖는 렌즈 시스템을 "광각(wide angle)" 시스템이라고 한다.

후술되는 렌즈 시스템은 상기 모든 요건에 중점을 두고, 고품질의 컬러 상이 요구되는 투사 텔레비전 및 특히, 컴퓨터 모니터를 제조하는데 성공적으로 사용될 수 있다.

투사 텔레비전 시스템 및, 특히- 픽셀화된 패널을 사용하는 투사 텔레비전에사용하는 렌즈 시스템이 모스코비치의 미국특허 제5,200,861호 및 제5,218,480호를 포함하는 여러 특허 및 특허공개에 개시되어 있다.

LCD 시스템의 논의는 테일러의 미국특허 제4,189,211호, 가그논 등의 미국특허 제4,425,028호, 가그논의 미국특허 제4,461,542호, 레데버의 미국특허 제4,826,311호, 미네푸지의 미국특허 제4,913,540호, EPO 특허공개 제311,116호, 및 러시아 특허공개 제1,007,068호에 개시되어 있다.

텔리센트릭 렌즈 시스템의 논의는 히로세의 미국특허 제4,511,223호, 미야메 등의 미국특허 제4,637,690호, 시로타의 미국특허 제4,925,279호, 이케모리의 미국 특허 제3,947,094호, 타테오카의 미국특허 제4,441,792호, EPO 특허공개 제373,677호, 및 러시아 특허공개 제603,938, 제1,048,444호 및 제1,089,535호에 개시되어 있다.

두 개의 대면하는 메니스커스 소자를 사용하는 반사 카메라용 대물렌즈가 피처 등의 미국특허 제4,025,169호에 개시되어 있다. 상기 출원의 렌즈는 상기 렌즈가 텔리센트릭이 아니기 때문에, 하나 또는 그 이상의 픽셀화된 패널로부터 컬러 상을 생성하는데 사용하기에 적절하지 않다. 또한, 피처 등의 특허의 구경 조리개는 본 시스템의 렌즈 시스템의 전체에 경우와 같이 그 대면하는 메니스커스 소자 사이에 위치하지 않는다.

본 발명은 텔리센트릭 렌즈 시스템에 관한 것이며, 특히, 액정표시장치(liquid crystal display, LCD) 또는 분리 거울 장치(discrete mirror device, DMD)와 같은 픽셀로 구성될 수 있는 물체의 상을 형성하기 위해 사용될 수 있는 형태의 시스템에 관한 것이다. 실시예에서, 렌즈 시스템은 긴 ASOD(대물거리에 대한 구경조리개, aperture stop to object distance), 높은 수차 보정 수준, 큰 구경 및 넓은 시계를 갖는다. 또한, 본 발명은 렌즈 시스템을 화면 스크린 상에 투사되는 LCD, DMD 또는 다른 픽셀화된 패널의 상에, 투사 텔레비전, 예를 들면, 후투사 텔레비전에 사용하는 것에 관한 것이다.

도 1 내지 도 15는 본 발명에 따라 구성된 렌즈 시스템의 개략 측면도.

도 16은 본 발명에 따라 구성된 렌즈 시스템을 사용하는 투사 TV/컴퓨터 모니터의 개략적인 도면.

상기 도면, 및 상세한 설명은 본 발명의 원리를 설명하는데 이용된다. 물론, 도면 및 상세한 설명은 단지 예시적인 것이고 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

상술한 바와 같은 관점에서, 본 발명의 목적은 투사 텔레비전 및, 특히, 하나 또는 그 이상의 픽셀화된 패널이 화면 스크린 상에 투사되는 컴퓨터 모니터에사용하기 위한 개선된 렌즈 시스템을 제공하는데 있다.

더욱 상세하게는, 본 발명의 목적은 하기의 특성의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 갖는 렌즈 시스템을 제공하는데 있다: (1) 도면에서 우측에서 좌측으로 이동하는 광에 대한 긴 ASOD, 즉, 시스템의 초점 길이(f)의 적어도 약 2.5배의 ASOD, 바람직하게는 f의 적어도 약 3.0배의 ASOD(ASOD/f 비가 증가함에 따라, 컴퓨터 모니터 상에 데이터를 디스플레이하는데 사용하기에 적절한 상을 생성하기 위한 렌즈 시스템의 수차를 보정하는 것이 더욱 어려워진다); (2) 텔리센트릭 동공, 즉, 도면에서 우측에서 좌측으로 이동하는 광에 대한 렌즈 시스템으로부터의 긴 거리의 입사동; (3) 왜곡, 계의 곡률, 및 가로색의 보정을 포함하는 높은 수준의 수차 보정(픽셀화된 패널, 핀쿠션(pincushion) 및 배럴 왜곡(barrel distortion))으로는 음극선관을 사용하는 투사 텔레비전에서 적어도 어느 정도까지 될 수 있는 것과 같이 전자적으로 보정될 수 없다); (4) 큰 구경, 예를 들면, 약 2의 f-수; 및 (5) 넓은 시계, 즉, 도면에서 좌측에서 우측으로 이동하는 광에 대한 약 25° 이상의 하프 또는 반-시계를 갖는 시계.

상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시스템의 긴 공액측으로부터 짧은 공액측까지 순서대로 하기의 세 개의 렌즈 유닛을 포함하는 텔리센트릭 렌즈 시스템을 제공한다:

(1) (a) 네거티브의 파워를 갖고,

(b) 최강 표면이 시스템의 긴 공액측으로 볼록한 적어도 하나의 네거티브 렌즈 소자를 포함하는 제1 렌즈 유닛;

(2) (a) 약한 광 파워, 즉, 렌즈 시스템의 초점 길이에 대한 제2 렌즈 유닛의 초점 길이의 값의 절대치의 비가 약 1.5 이하이고,

(b) 오목 표면이 서로 대면하는 두 개의 메니스커스 소자를 포함하며,

(c) 상기 메니스커스 소자 사이에 위치한 구경 조리개를 가진 렌즈 시스템의 구경 조리개를 포함하는 제2 렌즈 유닛; 및

(3) (a) 포지티브의 파워를 갖고,

(b) 구경 조리개를 이미지화함으로써 시스템의 텔리센트릭 동공을 형성하며,

(c) 시스템의 가로색을 포함하는 렌즈 시스템의 색수차를 보정하기 위한 수단을 포함하는 제3 렌즈 유닛.

세 개의 렌즈 유닛의 바람직한 구성은 하기의 바람직한 실시예의 설명에 의해 후술된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 렌즈 시스템은 각각 적어도 하나의 렌즈 소자를 포함하는 세 개의 렌즈 유닛을 포함한다.

I. 제1 렌즈 유닛

제1 렌즈 유닛은 네거티브의 파워를 갖고 픽셀화된 패널에 사용된 광로 겹침(optical path folding) 및/또는 조합(combining) 수단에 적응하기에 필요한 큰 ASOD를 제공하는 기능을 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 렌즈 시스템은 시스템의 소자(도 1 내지 8) 또는 그 후의 소자(도 9 내지 15) 사이에 시스템의 짧은 공액측 상에 큰 공간을 갖는다.

수차의 영향을 최소화하기 위하여, 제1 렌즈 유닛은 적어도 하나의 네거티브 소자, 바람직하게는 시스템의 긴 공액으로부터 떨어져 대면하는 (볼록한) 강한 표면을 갖는 유닛의 주요 소자를 포함한다. 강한 볼록 표면은 입사각, 따라서 시스템의 수차에 대한 표면의 영향을 최소화한다. 강한 표면을 갖는 네거티브의 소자는 메니스커스 형태가 바람직하다.

제1 렌즈 유닛은 단일 네거티브 소자(도 2, 3 및 5 내지 15) 또는 다중 네거티브 소자(도 1 및 4)를 포함할 수 있다. 다중 네거티브 소자가 사용되면, 소자는 모두 메니스커스 형태가 될 수 있거나(도 1), 또는 메니스커스 및 양면오목(biconcave)의 조합이 될 수 있다.

가로색 영향을 최소화하기 위하여, 제1 렌즈 유닛에 있는 모든 네거티브 소자는 저분산 물질, 즉, 플라스틱 렌즈 소자의 경우의 아크릴과 같은 크라운 유리 정도의 분산을 갖는 물질로 제조하는 것이 바람직하다. 저분산 물질은 1.85 내지1.5 범위의 굴절율에 대해 35 내지 75 범위의 V-값을 갖는 것이고, 반면에 고분산 물질은 동일한 범위의 굴절율에 대해 20 내지 50 범위의 V-값을 갖는 것이다.

제1 렌즈 유닛은 시스템의 왜곡을 보정하는데 주로 기여하는 하나 또는 그 이상의 구면을 포함하는 것이 바람직하다.

II. 제2 렌즈 유닛

제2 렌즈 유닛은 그 유닛의 두 개의 메니스커스 사이에 위치한 시스템의 구경 조리개를 포함한다. 조리개는 그 응용에 따라 렌즈 마운트(lens mount), 분리 구경(separate aperture) 또는 가변 조리개(variable diaphragm)가 될 수 있다.

본 유닛의 메니스커스 소자는 렌즈 시스템의 계의 곡률의 보정에 중요한 기능을 한다. 이러한 소자로는 계 내에서 다른 수차를 보정하기 위하여 비구면을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 비구면은 구경 종속 수차, 예를 들면, 코마 및 다른 잔여 수차뿐만 아니라 구면 수차를 보정하는 기능을 한다. 이러한 비구면에 의한 구면 수차의 보정은 렌즈 시스템의 작은 f-수를 달성할 수 있게 한다. 대면하는 메니스커스 사이에 조리개를 위치시킴으로써, 이러한 소자의 홀-파워 수차, 즉, 코마, 왜곡 및 가로색 등은 렌즈의 구조에 의해 자동적으로 최소화된다. 비교를 위해, 하이퍼곤 렌즈(Hypergon lens)(미국특허 제706,650호) 및 토포곤 렌즈(Topogon lens)(미국특허 제2,031,792호)를 참조하라. 이러한 방법에서, 이러한 소자의 비구면은 시스템에서 발생할 수 있는 수차를 보정하는데 주로 사용될 수 있다.

제2 렌즈 유닛은 긴 공액측 상에 취하하거나 제1 메니스커스 소자에 직접 결합하는, 즉, 제1 메니스커스 소자에 접촉하거나 본질적으로 접촉한-부가-렌즈를 포함할 수 있다(도 2, 5 내지 7 및 9 내지 15).

이러한 부가 렌즈는 통상적으로 왜곡 및 비점수차의 향상된 보정을 달성하기 위해 포지티브 파워를 갖고, 향상된 가로색 보정을 달성하기 위해 고분산 물질(예를 들면, 플린트 유리 또는 스티렌)로 제조된다. 또한 이러한 보정을 향상시키기 위해, 상기 소자는 도 11에 도시된 접합된 이중렌즈(cemented doublet)로 제조될 수 있다. 이러한 부가 렌즈에 의해 달성된 가로색 개선은 제1 렌즈 유닛의 저분산 네거티브 소자와 상호 작용하여 발생한다. 이러한 저분산 네거티브 소자와 고 분산 포지티브 소자의 조합은 더블 가우스 및 후초점 렌즈 시스템에 미리 사용된 형태의 무초점 부속품과 유사한 방법으로 기능을 한다. 예를 들면, 두 개의 저분산 네거티브 메니스커스 소자(소자 1 및 2) 및 고분산 포지티브 소자(소자 3)가 가로색을 보정하는데 사용된 카와무라의 미국특허 제4,046,459호를 참조하라.

부가 렌즈 소자는 또한 왜곡을 포함하는 단일색 수차, 특히 제1 렌즈 유닛에 사용된 비구면이 없는 경우의 보정을 향상시키기 위해 비구면을 포함할 수 있다.

제2 렌즈 유닛은 렌즈 시스템이 축 컬러의 향상된 보정을 제공하기 위해 렌즈의 구경 조리개 근처에 색 보정 이중렌즈를 가질 수 있다(도 12 및 14). 이러한 부가 렌즈는 제3 렌즈 유닛에 있는 색 보정 이중렌즈(하기 참조)이 특히 시스템의 부수적 가로색의 미세한 보정을 제공하도록 설계되고, 축 컬러의 충분한 보정을 제공할 수 없었을 때 요구될 수 있다. 구경 조리개 근처에 제2 렌즈 유닛의 색 보정 이중렌즈를 위치시킴으로써, 이 이중렌즈는 제3 렌즈 유닛의 색 보정 이중렌즈 및 제1 렌즈 유닛의 네커티브 저분산 렌즈 소자 또는 소자들과 제2 렌즈 유닛의 포지티브 고분산 부가 렌즈 소자와의 조합에 의해 제공된 가로색 보정에 영향을 주지 않고 축 컬러를 보정할 수 있다. 일실시예에서, 제2 렌즈 유닛의 색보정 이중렌즈는 비정상적인 부분 분산을 갖는 물질로 구성될 수 있다(표 14 참조).

III. 제3 렌즈 유닛

제3 렌즈 유닛은 포지티브 광 파워를 갖고 바람직하게는 렌즈 시스템의 주요한 포지티브 파워를 제공한다. 렌즈 시스템의 구경 조리개는 도면의 우측에서 좌측으로 이동하는 광에 대하여 렌즈 시스템의 입사동이 렌즈 시스템으로부터 긴 거리에 있도록 하기 위하여, 즉, 렌즈 시스템이 텔리센트릭이 되도록 하기 위하여, 제3 렌즈 유닛의 전방 초점에 또는 그 근처에 위치된다. 도면에 도시된 바와 같이, 시스템의 ASOD에 의해 특성화된 큰 공간이 제3 렌즈 유닛의 내부 또는 바로 뒤에 제공된다.

제3 렌즈 유닛은 색 보정 수단을 포함한다. 상기 색 보정 수단은 포지티브 저분산 (크라운) 소자 및 네거티브 고분산 (플린트) 소자를 사용하는 전형적인 색 보정 이중렌즈가 될 수 있다. 그러나, 표 12에 도시된 바와 같이, 제3 렌즈 유닛의 색 보정 수단은 또한 각각 두 개의 소자에 대해 서로 다른 물질 및 비정상적인 부분 분산을 갖는 물질 중 적어도 하나를 갖는 저분산 (크라운) 물질로 구성된 포지티브 및 네거티브 소자를 포함할 수 있다. 이러한 구성의 사용은 후술한다.

주요 가로색은 주어진 렌즈 시스템에 의해 형성된 적색 및 청색 상의 크기가 차이로 설명된다. 본 발명의 몇 실시예에 있어서, 예를 들면, 도 11 내지 13 참조, 렌즈는 간 후방 초점 거리를 갖고, 탈축 번들(off-axis bundles)이 축빔 높이보다큰 유효 높이에서 제3 렌즈 유닛을 통하여 통과한다. 이러한 상황에서, 부수적 가로색, 즉, 적색-청색 상 대 녹색 상의 배율 차이는 문제를 일으킨다. 이러한 경우에, 부수적 색은 제3 렌즈 유닛의 색 보정 수단에서 비정상적인 부분 분산을 가진 물질을 사용함으로써 보정될 수 있다(표 12 참조). 부수적 가로색의 보정을 달성하는 과정에서, 축 색 보정은 해결된다. 이 경우에, 제2 렌즈 유닛에 있는 부가 이중 렌즈가 사용될 수 있다(표 12 참조).

제3 렌즈 유닛의 렌즈 소자는 통상적으로 구면 수차의 잔여분, 왜곡, 비점수차 및 코마를 보정할 뿐만 아니라 동공 구면 수차를 보정하는 하나 또는 그 이상의 비구면을 포함할 것이다.

도 1 내지 15는 본 발명에 따라 구성된 다양한 렌즈 시스템을 나타내고 있다. 대응하는 렌즈의 규정이 표 1 내지 15에 각각 설명되어 있다. 렌즈 유닛, 렌즈 소자, 및 렌즈면은 각각 도면에 "U", "S" 및 "L"로 표시되어 있다.

관행적으로, 도면은 좌측에 긴 공액, 우측에 짧은 공액을 가지도록 도시된다. 따라서, 본 발명의 전형적인 응용, 즉, 컴퓨터 모니터에서, 화면 스크린은 좌측에 픽셀화된 패널 또는 패널들은 우측에 있게 될 것이다.

도 10 내지 15에서, 제3 렌즈 유닛 후에 나타나는 다양한 면은 픽셀화된 패널로부터 색 이미지를 형성하는데 사용된 미러, 프리즘 등과 같은 광학 소자에 대응한다. 비록 도 1 내지 9에 도시되어 있지 않지만, 유사한 광학 소자가 이 도면의 렌즈 시스템에 사용될 수 있다. 도 1 내지 8에서, 폴딩 미러(folding mirror)(도시되지 않음)가 렌즈 시스템을 사용하는 투사 TV/컴퓨터 모니터의 전체 크기를 감소시키기 위해 렌즈 시스템의 두 후방 소자 사이에 포함될 수 있다.

표 1 내지 15에 기재된 유리 및 플라스틱은 표 16에 유리 명칭 SCHOTT로 기재되어 있다. 다른 제조자에 의해 제조된 균등한 물질이 본 발명에 사용될 수 있다.

표의 비구면 계수는 하기 식으로 사용된다.

[수학식 1]

여기에서, z는 시스템의 광축으로부터의 거리 y에서의 표면 새그이고, c는 광축에서의 렌즈의 곡률이며, k는 모든 예에서 0인 원추 상수이다.

표 1 내지 15에 사용된 약어는 하기와 같다: SN- 표면 번호; CRL. AP.- 투명 구경; EFL-시스템의 유효 초점 길이; FVD- 전방 꼭지점 거리; f/- f-수; IMD- 상 거리; OBD- 물체 거리; OVL- 전체 길이; OBJ. HT- 물체 높이; MAG- 배율; ENP- 입사동; EXP- 출사동; 및 BRL- 배럴 길이이고, 주어진 값은 도면에서 좌측에서 우측으로 광이 이동하는 것에 대한 것이다.

다양한 면에 붙여진 "a"는 비구면을 나타낸다. 표 1 내지 15 및 17에 주어진 모든 치수는 밀리미터 단위이다.

표 17은 본 발명의 렌즈 시스템의 다양한 특성 및 이점을 요약하고 있다. 이 표에 사용된 약어는 하기와 같다: Field- 좌측에서 우측으로 이동하는 광에 대한 반시계; F/No- f-수; f- 시스템의 유효 초점 길이; f1, f2 및 f3- 각각 유닛 1, 2및 3의 초점 길이, ASOD- 우측에서 좌측으로 이동하는 광에 대한 대물 거리에 대한 구경 조리개; 및 ENPD-우측에서 좌측으로 이동하는 광에 대한 입사동 거리이다.

표 17에 기재된 바와 같이, 전체 예에서, 제1 렌즈 유닛은 네거티브 파워를 갖고, 제2 렌즈 유닛은 약한 광파워를 가지며, 제3 렌즈 유닛은 렌즈 시스템 전체 포지티브 파워에 가장 큰 기여를 한다. 또한 예 5, 12, 및 14 내지 15를 제외하고는, 제3 렌즈 유닛은 시스템의 주요 포지티브 파워를 제공하며, "주요"란 제3 렌즈 유닛의 포지티브 파워가 포지티브 파워를 가진 제2 렌즈 유닛에 대하여 제2 렌즈 유닛의 포지티브 파워의 두 배 이상을 갖는 것을 의미한다.

또한, 표 17에 기재된 바와 같이, 모든 렌즈 시스템은 큰 ASOD, 텔리센트릭 입사동 및 예 14 및 15를 제외하고는 넓은 시계, 즉, 25 또는 그 이상의 시계를 갖는다. 예 14 및 15는 약간 작은 시계에 대하여 허용되는 렌즈 시스템 및 화면 스크린 사이에 다중 폴딩 미러를 사용하도록 설계되었다. 보다 작은 시계에서, 화면 스크린은 단순한 스크린 구성에 대해 허용되는 개구수가 클 필요가 없기 때문이다. 또한, 보다 작은 시계란 스크린의 모서리에서의 조명이 cos4 감소 이하이기 때문에 높은 것을 의미한다.

표 17은 또한 본 발명의 전체 렌즈 시스템이 2.5 이상이 ASOD/f 값을 갖고, 예 2를 제외하고는 모두 바람직한 3.0 이상의 값을 갖고, 예2에 대한 값은 약 3.0이라는 것을 나타낸다.

도 16은 본 발명에 따라 구성된 투사 텔레비전/컴퓨터 모니터(10)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 투사 텔레비전/컴퓨터 모니터(10)는 그 정면을 따라 투사스크린(14)을 갖는 캐니넷(12)을 포함한다. 투사된 상은 광원, 세 개의 픽셀화된 패널 및 세 개의 패널로부터 단일 빔으로 광을 조합하는 이색성 빔스플리터의 세트를 포함하는 모듈(16)에 의해 형성된다. 선택적으로, 모듈(16)은 단일, 세 개의 컬러, 픽셀화된 패널 및 결합된 광부품을 포함할 수 있다. 본 기술분야의 다양한 상업적 부품이 모듈(16)을 구성하는데 사용될 수 있다.

모듈(16)에 의해 생성된 단일, 세 개의 컬러 빔은 렌즈 시스템(13)에 의해 미러(18) 상에 궁극적으로는 스크린(14) 상에 투사된다.

렌즈 시스템(13)은 본 발명에 따라 구성되고, 스크린 상에 고품질의 상을 형성한다. 특히, 왜곡은 전체적으로 보정되고, 단일색 이미지는 포맷을 통하여 평평하고 균일한 밝기가 되고, 가시광선 스펙트럼에서 픽셀화된 패널 또는 패널들의 전체 활성 표면을 통하여 가로색은 픽셀의 대각선보다 작고, 바람직하게는 픽셀의 대각선의 1/2보다 작다.

비록 본 발명의 특수한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 당업자에 의해 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 하기 청구항은 본 발명의 변경, 변형 및 균등뿐만 아니라 실시예를 커버하도록 의도되었다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

[표 7]

[표 8]

[표 9]

[표 10]

[표 11]

[표 12]

[표 13]

[표 14]

[표 15]

[표 16]

[표 17]

Claims

구경 조리개 및 텔리센트릭 동공을 포함하는 텔리센트릭 렌즈 시스템에 있어서, 상기 시스템은 긴 공액측으로부터 짧은 공액측으로 순차적으로

(a) 네거티브 파워를 갖고, 그 최강 표면이 시스템이 긴 공액측으로 볼록한 네거티브 렌즈 소자를 포함하는 제1 렌즈 유닛;

(b) 약한 광파워를 갖고, 그 모목면이 서로 대면하는 두 개의 메니스커스 소자를 포함하며, 시스템의 구경 조리개가 상기 메니스커스 소자 사이에 위치하고 각 메니스커스 소자는 적어도 하나의 비구면을 갖는 제2 렌즈 유닛; 및

(c) 포지티브 파워를 갖고, 시스템의 색수차를 보정하기 위한 수단을 포함하며, 구경 조리개를 이미지화함으로써 시스템의 텔리센트릭 동공을 형성하는 제3 렌즈 유닛

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛의 네거티브 렌즈 소자는 메니스커스 형태인 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛의 네거티브 렌즈 소자는 렌즈 시스템의 긴 공액 말단에 위치되는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛의 네거티브 렌즈 소자는 저분산 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛은 적어도 하나의 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛은 단지 네거티브 렌즈 소자만을 포함하는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈 유닛은 시스템의 긴 공액측 가장 근접한 메니스커스 소자와 결합되고 그 메니스커스 소자의 긴 공액측 상에 위치되는 포지티브 렌즈 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제7항에 있어서, 상기 포지티브 렌즈 소자는 고분산 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제7항에 있어서, 상기 포지티브 렌즈 소자는 접합된 이중렌즈인 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제8항에 있어서, 상기 포지티브 렌즈 소자는 적어도 하나의 비구면을 갖는것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈 유닛은 색보정 이중렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제11항에 있어서, 상기 색보정 이중렌즈는 렌즈 시스템의 구경 조리개에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제3 렌즈 유닛의 색보정 수단은 색보정 이중렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제3 렌즈 유닛의 색보정 수단은 제1 저분산 물질로 이루어진 포지티브 렌즈 소자와 제2 저분산 물질로 이루어진 네거티브 렌즈 소자로 구성되는 이중렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제3 렌즈 유닛은 적어도 하나의 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제3 렌즈 유닛은 렌즈 시스템의 주요 포지티브 파워를 제공하는 것을 특징으로 하는 텔리센트릭 렌즈 시스템.
픽셀화된 패널, 스크린, 및 스크린 상에 픽셀화된 패널의 상을 형성하기 위한 제1항에 따른 렌즈 시스템을 포함하며, 렌즈 시스템의 구경조리개와 픽셀화된 패널 사이의 거리는 렌즈 시스템의 초점 길이의 적어도 약 2.5배인 것을 특징으로 하는 투사 텔레비전 시스템.
제17항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 넓은 시계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사 텔레비전 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈 유닛은 렌즈 시스템의 색수차를 보정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 텔레비전 시스템.
픽셀화된 패널, 스크린 및 스크린 상에 픽셀화된 패널의 상을 형성하기 위한 투사렌즈를 포함하는 투사렌즈 시스템에 있어서, 상기 투사렌즈는 아크릴 플라스틱 외에 비정상적인 부분 분산을 갖는 물질로 이루어지고, 상기 렌즈 소자는 투사 렌즈의 부수적 가로색을 감소시키는 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제20항에 있어서, 상기 가시광선 스펙트럼에서 픽셀화된 패널에 있는 가로색은 픽셀의 대각선 보다 작은 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제20항에 있어서, 상기 가시광선 스펙트럼에서 픽셀화된 패널에 있는 가로색은 픽셀의 대각선의 1/2 보다 작은 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제20항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 픽셀화된 패널의 방향에서 짧은 공액측을 갖고 상기 짧은 공액측 상에서 텔리센트릭인 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제20항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 스크린에 가장 인접한 제1 렌즈 소자 및 픽셀화된 패널에 가장 인접한 제2 렌즈 소자를 포함하고, 상기 각각의 렌즈 소자는 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제24항에 있어서, 상기 제1 렌즈 소자는 네거티브 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제25항에 있어서, 상기 제1 렌즈 소자는 메니스커스 형태인 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제24항에 있어서, 상기 제1 렌즈 소자의 최강 표면은 스크린에 대하여 볼록한 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제20항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 네거티브 렌즈 소자 및 포지티브 렌즈 소자를 더 포함하고, 네거티브 렌즈 소자의 분산은 포지티브 렌즈 소자의 분산보다 작은 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제20항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 네거티브 렌즈 소자 및 포지티브 렌즈 소자를 더 포함하고, 네거티브 렌즈 소자의 분산은 포지티브 렌즈 소자의 분산보다 큰 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제25항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 구경 조리개를 갖고, 구경 조리개 및 픽셀화된 패널 사이의 거리는 투사 렌즈의 초점 길이의 적어도 2.5 배인 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
픽셀화된 패널, 스크린 및 스크린 상에 픽셀화된 패널의 상을 형성하기 위한 투사 렌즈를 포함하여 이루어지는 투사렌즈 시스템에 있어서, 상기 투사 렌즈는

(a) 네거티브 파워를 갖고 네거티브 렌즈 소자를 포함하는 제1 렌즈 유닛;

(b) 약한 광파워를 갖는 제2 렌즈 유닛; 및

(c) 포지티브 파워를 갖는 제3 렌즈 유닛을 포함하며, 상기 제3 렌즈 유닛은 렌즈 시스템의 색수차를 보정하기 위한 색보정 수단을 포함하고, 상기 색보정 수단은 아크릴 외에 비정상적인 부분 분산을 갖는 물질을 포함하며,

상기 색보정 수단은 투사렌즈의 부수적 가로색을 감소시키는 것을 특징으로하는 투사렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 가시광선 스펙트럼에서 픽셀화된 패널에 있는 가로색은 픽셀의 대각선 보다 작은 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 가시광선 스펙트럼에서 픽셀화된 패널에 있는 가로색은 픽셀의 대각선의 1/2 보다 작은 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 픽셀화된 패널의 방향에서 짧은 공액측을 갖고 상기 짧은 공액측 상에서 텔리센트릭인 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 네거티브 렌즈 소자의 최강 표면은 스크린에 대하여 볼록한 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 네거티브 렌즈 소자는 메니스커스 형태인 것을 특징으로 하는 투사렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 네거티브 렌즈 소자는 투사 렌즈의 스크린 말단에 위치되는 것을 특징으로 하는 투사렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 네거티브 렌즈 소자는 저분산 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛은 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛은 단지 네거티브 렌즈 소자만을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 제3 렌즈 소자는 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 구경 조리개를 갖고, 구경 조리개 및 픽셀화된 패널 사이의 거리는 투사 렌즈의 초점 길이의 적어도 2.5배인 것을 특징으로 하는 투사렌즈 시스템.
(a) 짧은 공액측 및 긴 공액측을 갖고, (b) 상기 짧은 공액측 상에서 텔리센트릭이며, (c) 아크릴 외에 비정상적인 부분 분산을 갖는 물질로 이루어지는 렌즈 소자를 포함하여 이루어지며, 상기 렌즈 소자는 투사 렌즈의 부수적 가로색을 감소시키는 것을 특징으로 하는 물체의 상을 형성하기 위한 투사 렌즈.
제43항에 있어서, 상기 투사 렌즈는 긴 공액측에 제1 렌즈 소자 및 짧은 공액측에 제2 렌즈 소자를 포함하고, 상기 각각의 렌즈 소자는 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제44항에 있어서, 상기 제1 렌즈 소자는 네거티브 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제45항에 있어서, 상기 제1 렌즈 소자는 메니스커스 형태인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제45항에 있어서, 상기 제1 렌즈 소자의 최강 표면은 긴 공액측에 볼록한 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제43항에 있어서, 상기 렌즈는 네거티브 렌즈 소자 및 포지티브 렌즈 소자를 더 포함하고, 네거티브 렌즈 소자의 분산은 포지티브 렌즈 소자의 분산보다 작은 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제43항에 있어서, 상기 렌즈는 네거티브 렌즈 소자 및 포지티브 렌즈 소자를더 포함하고, 네거티브 렌즈 소자의 분산은 포지티브 렌즈 소자의 분산보다 큰 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
(a) 짧은 공액측 및 긴 공액측을 갖고, (b) 짧은 공액측 상에서 텔리센트릭이며, (c)

(i) 네거티브 파워를 갖고 네거티브 렌즈 소자를 포함하는 제1 렌즈 유닛,

(ii) 약한 광파워를 갖는 제2 렌즈 유닛, 및

(iii) 포지티브 파워를 갖는 제3 렌즈 유닛을 포함하며, 상기 제3 렌즈 유닛은 렌즈 시스템의 색수차를 보정하기 위한 색보정 수단을 포함하고, 상기 색보정 수단은 아크릴 외에 비정상적인 부분 분산을 갖는 물질을 포함하며,

상기 색보정 수단은 투사렌즈의 부수적 가로색을 감소시키는 것을 특징으로 하는 물체의 상을 형성하기 위한 투사렌즈.
제50항에 있어서, 상기 네거티브 렌즈 소자의 최강 표면은 긴 공액측에 볼록한 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제50항에 있어서, 상기 네거티브 렌즈 소자는 메니스커스 형태인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제50항에 있어서, 상기 네거티브 렌즈 소자는 렌즈의 긴 공액 말단에 위치되는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제50항에 있어서, 상기 네거티브 렌즈 소자는 저분산 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제50항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛은 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제50항에 있어서, 상기 제1 렌즈 유닛은 단지 네거티브 렌즈 소자만을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제50항에 있어서, 상기 제3 렌즈 유닛은 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.