KR100531383B1

KR100531383B1 - 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈

Info

Publication number: KR100531383B1
Application number: KR10-2003-0077971A
Authority: KR
Inventors: 여상옥
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-11-28
Also published as: US7242530B2; US20050094287A1; KR20050043172A

Abstract

본 발명은 수차를 보정함과 아울러 선명한 화상을 구현할 수 있는 프로젝션 시스템의 투사렌즈계를 제공하기 위한 것으로서, 영상을 표시하는 액정패널과, 적어도 둘 이상의 렌즈들로 조합되어 양의 굴절력을 가지며, 상기 액정패널로부터 입사되는 광의 색수차 및 구면수차를 보정하는 제 1 렌즈군과, 상기 제 1 렌즈군으로부터 입사되는 광을 소정방향으로 반사시키는 전반사미러와, 적어도 둘 이상의 렌즈들로 조합되어 음의 굴절력을 가지며, 상기 전반사미러로부터 입사되는 광의 비점수차 및 왜곡을 보정하는 제 2 렌즈군으로 구성되어 있으며, 상기 제 1 렌즈군을 광축 방향으로 이동시켜 렌즈의 배율이 조정되도록 투사렌즈를 구성하고, 상기 투사렌즈의 배율에 따라 상기 제 2 렌즈군을 전후로 움직여 렌즈 포커싱이 조절 가능하도록 구성되어서 조건식 , ,

Description

프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈{zoom lens of ultra wide angle in projection system}

본 발명은 프로젝션 시스템의 투사 광학계에 관한 것으로, 특히 TV 시스템의 박형화 및 디스플레이 화면 사이즈에 관계없이 전 영역에서 사용 가능한 후면(rear) 프로젝션 TV용 초 광각 줌 렌즈에 관한 것이다.

최근들어 디스플레이 장치로서 대화면 및 고화질 영상의 요구가 증대됨에 따라 소형의 영상을 투사렌즈를 이용하여 확대 투사하는 투사형 장치의 보급이 급속히 확산되고 있다. 투사장치는 스크린에 화상이 투사되는 방향에 따라 전면투사 방식과 후면투사 방식으로 대별된다. 이중에서 후면투사장치는 주변환경이 밝은 곳에서도 비교적 밝은 화상을 표시할 수 있는 장점으로 인하여 더욱 각광받고 있다.

후면투사장치로는 프로젝션 TV가 대표적이다. 이러한 프로젝션 TV는 소화상을 구현하기 위한 광원으로서 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT) 방식을 주로 이용하였다. 그러나, CRT방식의 프로젝션 TV는 CRT 브라운관 자체가 차지하는 크기로 인하여 소형화 및 박형화에 한계가 있어 대화면 디스플레이를 구현하기 어려울 뿐만 아니라 고해상도에 필요한 휘도를 얻기가 어려웠다.

이러한 브라운관 디스플레이의 단점을 보완함과 아울러 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이를 이용한 프로젝션 TV가 주목받고 있다.

평판 디스플레이 소자에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), EL(Electro-Luminescence) 등이 있다.

LCD를 이용한 프로젝션 TV는 광원에서 나오는 광을 LCD에 투사시키고 액정패널의 영상을 투사렌즈계를 이용하여 스크린에 결상시킨다. 이렇게 소형이면서 고화질의 액정패널을 이용하여 영상을 스크린에 확대 투사하게 되므로 대화면의 영상을 쉽게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 액정패널을 이용하여 프로젝션 시스템의 소형화 및 박형화가 가능하게 된다. 또한 액정패널을 이용한 프로젝션 시스템은 CRT와 대비하여 고해상도와 고휘도를 확보할 수 있으므로 대화면 디스플레이로 기대되고 있다.

종래의 액정패널을 이용한 프로젝션 시스템은 일반적으로 조명계, 액정패널, 투사렌즈계로 이루어진 광학 엔진부와, 전반사미러, 스크린로 구성된다.

상기 광학엔진부에서 조명계는 광을 발생하여 액정패널에 조사되도록 한다. 그리고 상기 액정패널은 조명계로부터 입사되는 광의 투과율을 영상신호에 따라 조절함으로써, 영상을 표시한다.

그리고 상기 투사렌즈계는 액정패널로부터 입사된 영상을 확대 투사하여 스크린에 결상시킴으로써, 시청자는 상기 스크린에 결상된 화상을 보게 된다. 이 경우, 투사렌즈계에 의해 투사된 영상은 전반사미러에 의해 전반사되어 광의 진행 경로가 바뀌면서 스크린 쪽으로 진행하여 스크린에 결상된다. 여기서 투사된 영상이 전반사미러에 의해 광의 진행경로가 바뀌지 않고 스크린의 뒤쪽에서 바로 투사되는 경우 시스템의 두께는 매우 커지게 되므로 상기 전반사미러를 이용하여 광의 경로를 바꿈으로써 시스템 두께를 줄인다.

도 1 은 종래 기술에 따른 액정패널을 이용한 프로젝션 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1에서 도시된 바와 같이 프로젝션 시스템은 광원(10)과 제 1 다이크로익미러(30) 사이에 배열된 제 1 및 제 2 FEL(Fly Eye Lens)(22)(24), PBS(Polarizing Beam Splitter Array)(26) 및 집광렌즈(28)를 구비한다.

그리고 상기 광원(10)의 램프(12)에서 출사된 가시광영역의 광은 타원경에 의해 반사되어 제 1 FEL(22)쪽으로 진행하게 된다. 제 1 FEL(22)은 입사광을 셀(cell) 단위로 분할하여 제 2 FEL(24)의 각 렌즈 셀에 포커싱(focusing)되게 한다. 제 2 FEL(22)은 입사광을 특정한 부분에 대한 평행광으로 변환하여 PBS 어레이(26)쪽으로 투과시키게 된다. PBS 어레이(26)는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리하고, PBS 어레이(26)의 배면에 부분적으로 부착된 파장판(미도시)은 투과된 P파를 S파로 변환하게 된다.

이에 따라 PBS 어레이(26)에 의해 입사광이 모두 한 방향의 선편광 즉, S파로 변환됨으로써 광원(20)에서 출사된 거의 모든 광이 후술할 액정패널(44R,44G,44B)에 입사하게 된다. 이때, 상기 집광렌즈(28)는 PBS 어레이(26)로부터의 입사광을 액정패널(44)에 집속시킨다.

집광렌즈(28)와 액정패널(44) 사이에는 제 1 및 제 2 다이크로익미러(30)(34)가 설치되어 있으며 제 1 다이크로익미러(30)는 입사광 중 적색광을 반사시킴과 아울러 녹색광 및 청색광을 투과시킨다.

제 1 다이크로익미러(30)와 적색 액정패널(44R) 사이에 배열된 제 1 전반사미러(32)와, 제 1 다이크로익미러(30)와 제 2 전반사미러(38) 사이에 배열된 제 2 다이크로익미러(34) 및 제 1 릴레이렌즈(36)와, 녹색 액정패널(44G)과, 제 2 전반사미러(38)와 청색 액정패널(44B) 사이에 배열된 제 2 릴레이렌즈(40) 및 제 3 전반사미러(42)와, 액정패널(44R)(44G)(44B)의 삼면에 배치된 다이크로익 프리즘(46)과, 투사렌즈(48) 및 스크린(50)을 추가로 구비한다.

제 1 전반사미러(32)는 제 1 다이크로익미러(30)에서 반사되어 입사되는 적색광을 전반사시켜 적색 액정패널(44R) 방향으로 진행시킨다. 적색 액정패널(44R)은 투과형 LCD로서, 제 1 전반사미러(32)로부터 입사된 적색광을 다이크로익 프리즘(46)쪽으로 진행시키게 한다.

제 2 다이크로익미러(34)는 제 1 다이크로익미러(30)로부터 투과되어 입사되는 광 중 녹색광을 반사시킴과 아울러 청색광을 투과시킨다. 이에 따라 제 2 다이크로익미러(34)에서 반사된 녹색광은 녹색 액정패널(44G)로 입사되게 된다. 녹색 액정패널(44G)은 투과형 LCD로서, 제 2 다이크로익미러(34)로부터 입사된 녹색광을 다이크로익 프리즘(46) 쪽으로 진행시키게 한다.

제 2 다이크로익미러(34)로부터 투과된 청색광은 제 1 및 제 2 릴레이렌즈(36)(40)와 제 2 및 제 3 전반사미러(38)(42)를 경유하여 청색 액정패널(44B)에 입사된다. 이 경우 제 1 및 제 2 릴레이렌즈(36)(40)는 필드렌즈로서 청색광의 초점을 지연시켜 청색 액정패널(44B)에 재결상시킨다. 청색 액정패널(44B)은 투과형 LCD로서, 제 3 전반사미러(42)로부터 입사된 청색광을 다이크로익 프리즘(46) 쪽으로 진행시키게 한다.

적색, 녹색, 청색 액정패널(44R)(44G)(44B)은 입사되는 적색, 녹색, 청색광을 영상신호에 따라 각 삼색광의 화상을 구현한다. 이 경우 적색, 녹색, 청색 액정패널(44R)(44G)(44B) 각각에 입사되는 S파는 액정패널에 의해 P파로 변환되어 출사되게 된다.

다이크로익 프리즘(46)은 적색, 녹색 및 청색 액정패널(44R)(44G)(44B)로부터의 각 삼색광의 화상 정보를 얻어 입사되는 적색, 녹색, 청색광을 합성한다. 즉, 다이크로익 프리즘(46)은 적색 및 청색광을 투사렌즈(48) 쪽으로 반사시킴과 아울러 녹색광을 투사렌즈(48) 쪽으로 투과시킴으로써, 적색, 녹색, 청색의 화상을 합성하게 된다. 투사렌즈(48)는 다이크로익 프리즘(46)으로부터 입사되는 화상을 스크린(50)에 확대 투사하게 된다.

이와 같은 프로젝션 시스템은 시스템의 크기를 소형화시키면서 무게를 가볍게 하는 경량화의 추세에 있다. 이러한 추세에 따라 화면의 크기는 크게 하면서 시스템의 두께를 줄이기 위해서는 액정패널(44)로부터 투사렌즈(48)까지의 투사거리를 짧게 해야만 한다. 투사렌즈계는 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군과, 전체적으로 음의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈군으로 구성되어야 하며, 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군 사이에 광경로를 변환시키기 위한 전반사미러를 위치시켜 "L"자형 투사렌즈계를 구성함으로써 프로젝션 시스템의 두께 및 높이를 줄일 수 있게 된다.

그러나, "L"자형 투사렌즈계는 투사거리를 짧게 하기 위하여 제 2 렌즈군의 음의 굴절률을 크게 하여야 한다. 이 경우, 왜곡(distortion), 코마(coma)수차, 비점수차(astigmatism) 등의 수차가 크게 발생되게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 수차를 보정함과 아울러 선명한 화상을 구현할 수 있는 프로젝션 시스템의 투사렌즈계를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈의 특징은 영상을 표시하는 액정패널과, 적어도 둘 이상의 렌즈들로 조합되어 양의 굴절력을 가지며, 상기 액정패널로부터 입사되는 광의 색수차 및 구면수차를 보정하는 제 1 렌즈군과, 상기 제 1 렌즈군으로부터 입사되는 광을 소정방향으로 반사시키는 전반사미러와, 적어도 둘 이상의 렌즈들로 조합되어 음의 굴절력을 가지며, 상기 전반사미러로부터 입사되는 광의 비점수차 및 왜곡을 보정하는 제 2 렌즈군으로 구성되어 있으며, 상기 제 1 렌즈군을 광축 방향으로 이동시켜 렌즈의 배율이 조정되도록 투사렌즈를 구성하고, 상기 투사렌즈의 배율에 따라 상기 제 2 렌즈군을 전후로 움직여 렌즈 포커싱이 조절 가능하도록 구성되어서 하기의 조건식을 만족하는데 있다.

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이때, bfl : 후면 초점거리, fl : 렌즈 전체의 초점거리, f`1 : 제 1 렌즈군의 초점거리, f`2 : 제 2 렌즈군의 초점거리, d`8 : 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군 사이의 거리를 나타낸다.

그리고 상기 제 1 렌즈군은 적어도 하나 이상의 양의 굴절력을 가지는 플라스틱 비구면렌즈로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 2 렌즈군은 적어도 하나 이상의 음의 굴절률을 가지는 플라스틱 비구면렌즈로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전반사미러는 상기 제 1 렌즈군으로부터 입사되는 입사광의 광축과 상기 전반사미러에 의해 반사되어 상기 제 2 렌즈군 쪽으로 출사되는 광의 광축이 이루는 각(θ)은 30°~ 90°범위인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 전반사미러는 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 또한 상기 전반사미러의 반사면이 평면 또는 비구면 전반사미러로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군 중 적어도 어느 하나를 이동시켜 포커싱하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 제 1 렌즈군에 포함되며 상기 전반사미러에 인접하게 배치된 구면렌즈를 이동시켜 포커싱하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 프로젝션 TV용 초 광각 줌 렌즈의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 광을 발생하는 조명계와 조명계로부터 광을 영상신호에 따라 영상을 표시하는 액정패널을 포함하는 광학부(52)와, 전반사미러(56)를 포함하여 액정패널로부터의 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈계(54)와, 투사렌즈계(54)로부터의 광경로를 스크린(60) 쪽으로 진행시키는 제 2 전반사미러(58)와, 제 2 전반사미러(58)로부터의 영상을 결상시키는 스크린(60)을 구비한다.

상기 광학부(52)에서 조명계는 광을 발생하여 액정패널로 조사되게 하는데, 이때, 액정패널을 조명계로부터 입사되는 광의 투과량을 영상신호에 따라 조절하여 영상을 표시하게 된다. 그리고 전반사미러(56)에 의해 "L"자 형태를 가지는 투사렌즈계(54)는 액정패널로부터 입사된 영상을 확대 투사하여 스크린에 결상시킨다.

도 3 은 본 발명에 따른 투사렌즈계를 상세히 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 투사렌즈계(54)는 액정패널(61)과 스크린(60) 사이에 양(+)의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군(70)과, 음(-)의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈군(90)과, 제 1 렌즈군(70)과 제 2 렌즈군(90)사이에 배치된 전반사미러(56)를 구비한다.

상기 제 1 렌즈군(70)은 양의 굴절력을 가지는 제 1 구면렌즈(72)와, 양의 굴절력을 가지는 플라스틱 비구면렌즈(74)와, 양과 음의 구면렌즈(76)(78)가 접합되어 있는 접합렌즈(77)와, 양의 굴절력을 가지는 제 2 구면렌즈(80)로 구성된다.

이러한 렌즈의 조합에 의해 제 1 렌즈군(70)은 전체적으로 양의 굴절력을 가지게 되며, 이러한 제 1 렌즈군(70)은 액정패널(61)로부터 입사되는 광의 색수차 및 구면수차를 보정하는 역할을 한다.

그리고 상기 전반사미러(56)는 제 1 렌즈군(70)을 투과한 광의 진행경로를 변환시켜 제 2 렌즈군(90) 쪽으로 진행시키게 한다. 상기 전반사미러(56)는 제 1 렌즈군(70)으로부터 입사되는 입사광의 광축과 전반사미러(56)에 의해 반사되어 제 2 렌즈군(90) 쪽으로 출사되는 광의 광축이 이루는 각(θ)이 30°~ 90°사이의 범위에서 광경로가 변환된게 한다. 그리고 전반사미러(56)는 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어지며, 전반사미러(56)의 반사면은 평면 또는 비구면 전반사미러로 이루어진다.

또한, 상기 제 2 렌즈군(90)은 두 매의 음의 굴절력을 가지는 제 1 및 제 2 볼록렌즈(82)(84)와, 한 매의 플라스틱 비구면렌즈(86)와, 양의 굴절률을 가지는 구면렌즈(88)로 구성된다.

이러한 렌즈의 조합에 의해 제 2 렌즈군(90)은 전체적으로 음의 굴절력을 가지게 된다. 그리고 상기 제 2 렌즈군(90)에서 제 1 및 제 2 볼록렌즈(82)(84)와 비구면렌즈(86)는 에지(edge) 부분이 서로 접촉되게 형성되어, 전반사미러(56)로부터의 출사된 광의 왜곡(distortion), 비점수차(astigmatism)를 보정하게 된다.

이와 같이 구성되는 투사렌즈계(54)는 다음과 같은 수학식에 따른 조건을 만족하도록 구성된다.

여기서, bfl(back focal length)는 액정패널(61)로부터 제 1 렌즈군(70)에 포함된 양의 굴절력을 가지는 구면렌즈(80)까지의 초점거리를 나타내며, fl(focal length)는 렌즈 전체의 초점거리를 나타낸다.

상기 수학식 1은 투사렌즈계(54)의 bfl과 fl의 비, 즉 레트로(retro) 비에 관한 것으로 액정패널(61)과 스크린(60) 사이에서 투사렌즈계가 설치될 수 있는 크기를 정하여 준다.

따라서, 레트로비가 3.5 이상의 값을 가지게 되면 투사렌즈계의 크기가 커지게 되어 수차를 보정하기가 어려워진다. 또한, 레트로 비의 값이 3.2이하의 값을 가지게 되면 수차특성 및 광학특성이 좋아지게 되지만 시스템 구성이 불가능하게 된다. 이에 따라, 레트로 비의 값은 수학식 1에 주어진 조건을 만족하여야 한다.

여기서, f`1은 제 1 렌즈군(70)의 초점거리를 나타내며, f`2는 제 2 렌즈군(90)의 초점거리를 나타낸다.

상기 수학식 2는 제 1 렌즈군(70)과 제 2 렌즈군(90)의 굴절력을 나타내는 것으로서 수차를 보정할 수 있는 조건을 나타내는 식이다.

따라서, 제 1 및 제 2 렌즈군(70)(90)의 초점거리의 비가 1.0 이상이면 제 2 렌즈군(70)의 굴절력이 약하게 되어 수차보정에는 유리하나 대화면 구현시 스크린(60)과 투사렌즈계(54)까지의 거리가 길어져 시스템의 박형화에 불리하게 된다. 또한, 두 렌즈군(70)(90)의 초점거리의 비가 0.75이하이면, 제 2 렌즈군(90)의 굴절력이 강하게 되어 투사렌즈계(54)의 소형화 및 초광각화가 유리하게 된다. 그러나, 제 2 렌즈군(90)의 제 1 블록렌즈(82)의 R2면이 반구에 가깝게 되어 생산이 불가능하게 됨과 아울러 비점수차, 상면만곡이 발생되게 된다. 이에 따라, f`1과 f`2의 비는 수학식 2의 조건을 만족하여야 한다.

여기서, d`8은 제 1 렌즈군(70)과 제 2 렌즈군(90) 사이의 거리를 나타내며 f`2는 제 2 렌즈군의 초점거리를 나타낸다.

상기 수학식 3 은 제 1 렌즈군(70)과 제 2 렌즈군(90) 사이에서 전반사미러의 배치가능 여부를 나타내는 식이다.

따라서, 상기 수학식 3에서 d`8과 f`2의 비가 5.0 이하이면 제 1 및 제 2 렌즈군(70)(90) 사이의 거리가 줄어들게 되어 제 1 및 제 2 렌즈군(70)(90) 사이에 배치되는 전반사미러(56)의 배치가 어렵게 된다. 또한, 상기 수학식 3에서 d`8과 f`2의 비가 7.0 이상이면 투사렌즈계(54)의 시스템이 길어지게 되어 시스템의 박형화가 곤란하게 된다. 이에 따라, d`8과 f`2의 비는 수학식 3의 조건을 만족하여야 한다.

한편, 렌즈의 변배 기능은 상기의 제 1 렌즈군을 광축 방향으로 이동시킴에 따라 투사렌즈 배율이 바뀌도록 구성되어 있으며, 배율은 최대 1.1배 이하이며, 성능 변화가 없이 최대 65인치까지 사용 가능하도록 구성되어 있다.

이때, 투사렌즈계(54)는 렌즈계 전체를 움직여 화상을 포커싱하게 되면 스크린(60)의 중심과 액정패널(61)의 중심이 불일치하게 된다. 따라서, 화상이 스크린(60)의 크기를 벗어나게 되어 상하고 영상이 이탈하게 되게 된다. 때문에 이를 보정하기 위하여 별도의 장치가 필요하게 된다. 이에 따라, 생산 단가가 상승하게 되어 생산성이 저하되게 된다.

이를 해결하기 위해, 본 발명에서 렌즈의 포커싱은 투사렌즈계(54)를 구성하는 일부 렌즈들을 이동시킴으로써 이루어진다.

다시 말하면, 제 1 렌즈군(70)을 이동하거나 제 1 렌즈군(70)에 포함된 구면렌즈(72) 혹은 제 2 렌즈군(90)을 이동시킴으로써, 스크린(61) 상의 초점에 화상이 포커싱될 뿐만 아니라, 스크린(60)에서 영상의 이탈이 없는 선명한 화상을 구현하게 된다.

다음 표 1은 본 발명에 따른 투사렌즈계의 설계시 적용될 수 있는 수치 실시예로서 각 렌즈면의 곡률반경(R), 렌즈면들간의 간격(두께/공기간격)(t), 각 렌즈의 굴절률(index)에 대한 데이터를 나타낸 것이다.

여기서 초점거리(f)는 1.0 ~ 1.1mm이고, 투사렌즈의 밝기를 나타내는 상수인 Fno는 2.40이며, 2ω는 86.0°~ 89.8°이다. 이때, ω는 투사렌즈계와 스크린 사이의 화각을 나타낸다.

렌즈면	곡률반경(R)	두께/공기간격(t)	굴절률(index)
S1	5.02702	0.244013	1.63854
S2	3.14234	0.976051
S3	5.65115	0.207863	1.48749
S4	2.56665	2.56665
S5 *	6.31314	0.478988	1.490423
S6 *	2.22303	A
S7	2.79738	0.304564	1.78472
S8	-4.06688	0.144600	1.72342
S9	6.56123	1.071848
S10 *	-2.22235	0.360596	1.490423
S11 *	-1.75771	0.063263
S12	-2.76548	0.144600	1.78472
S13	2.13918	0.929959	1.48749
S14	-2.76548	0.045188
S15	6.15635	0.520560	1.48749
S16	-8.00904	0.045188
S17	17.62675	0.736557	1.48749
S18	-3.06371	B
S19	상면	0.0

* : 비구면 렌즈

상기 표 1에 나타낸 비구면 렌즈의 렌즈면들(S5, S6, S10, S11)에 대한 형상을 결정하는 비구면 계수들은 다음 수학식 4와 같은 비구면식에 의해 정의된다.

여기서, X(r)는 광축으로부터 높이 r지점에서의 비구면에 대한 세그(Seg) 값이고, c는 광축에서의 렌즈면의 곡률이고, K는 코닉(conic) 상수이며, 는 비구면의 계수를 나타낸다.

또한, 비구면 렌즈의 렌즈면의 형상에 대한 계수값들은 표 2와 같다.

렌즈면	S5	S6	S10	S11
K	4.385768	-1.224032	0.527298	-0.227697
a₁	0.198825E-01	0.257097E-01	-0.154300E-01	0.863611E-02
a₂	-0.367529E-02	-0.491804E-02	-0.559249E-02	-0.683278E-02
a₃	0.501434E-03	0.488546E-03	0.358626E-01	0.259979E-01
a₄	-0.349963E-04	-0.730355E-04	-0.223921E-01	-0.159435E-01

그리고 표 1에서 A, B로 표시된 렌즈면 S6, S18들의 이동을 통해 각 렌즈면들 간의 간격(두께/공기간격)을 다르게 조절함으로써, 광각(wide)단, 중간(middle)단 및 망원(tele)단에서의 전계의 초점거리를 표 3과 같이 나타낼 수 있다.

초점거리(f)	A	B
Fw	7.092083	3.432255
Fm	6.998330	3.422244
Ft	6.755535	3.396386

Fw : 광각(wide)단에서 전계의 초점거리

Fm : 중간(middle)단에서 전계의 초점거리

Ft : 망원(tele)단에서 전계의 초점거리

도 4 내지 도 6은 표 3을 참조하여 광각(wide)단, 중간(middle)단 및 망원(tele)단에서 투사렌즈계의 수차 특성을 각각 나타내는 그래프이다.

도 4(a), 도 5(a), 도 6(a)은 본 발명에 따른 투사렌즈계의 구면수차 특성을 나타내는 그래프로로서, 이를 보면, 초점이 결상되는 평면의 높이에 따라 구면수차의 값이 다르게 나타나고 있다. 투사렌즈계의 초점을 벗어나는 구면수차의 범위가 대략 +0.5mm ~ -0.3mm 정도임을 알 수 있다.

그리고 도 4(b), 도 5(b), 도 6(b)은 본 발명에 따른 투사렌즈계의 상면만곡 특성을 나타내는 그래프로서, 이를 보면, 초점이 결상되는 평면의 높이에 따라 상면만곡의 정도가 다르게 나타나고 있다. 추사렌즈계의 초점을 벗어나는 상면만곡의 범위가 대략 +0.02mm ~ -0.05mm 정도임을 알 수 있다.

또한, 도 4(c), 도 5(c), 도 6(c)은 투사렌즈계의 왜곡 특성을 나타내는 그래프로서, 이를 보면, 초점이 결상되는 평면의 높이에 따라 왜곡의 정도가 다르게 나타나고 있다. 높이가 증가할수록 왜곡이 점점 심화되고 있으며, 투사렌즈계의 초점을 벗어나는 왜곡의 범위가 대략 +0.0mm ~ -1.5mm 정도임을 알 수 있다.

이와 같이 투사렌즈계의 수차 특성은 종래의 수차 특성에 비해 구면수차, 상면만곡 및 왜곡의 특성을 보정함과 아울러 투사렌즈계의 고성능을 구현할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 액정패널과 스크린 사이에 설치될 수 있는 투사렌즈계의 크기를 한정함으로써, 수차, 상면만곡 및 비점수차 등의 수차를 보정할 수 있다.

둘째, 투사렌즈계를 구성하는 렌즈, 혹은 렌즈군을 이동시킴으로써 초점이 일치되어 선명한 화상을 구현할 수 있다.

셋째, sFPD를 디바이스(device)로 사용하는 후면 프로젝션 TV에 적용 가능하고, 시스템 박형화 및 경량화에 유리하며, 화면 크기 변화에 수시 대응 가능하도록 투사 렌즈에 변배 기능이 갖추어져 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 액정패널을 이용한 프로젝션 시스템을 나타낸 도면

도 2 는 본 발명에 따른 프로젝션 TV용 초 광각 줌 렌즈의 구성을 나타낸 도면

도 3 은 본 발명에 따른 투사렌즈계를 상세히 나타낸 도면

도 4(a), 도 5(a), 도 6(a)은 본 발명에 따른 투사렌즈계의 구면수차 특성을 나타내는 그래프

도 4(b), 도 5(b), 도 6(b)은 본 발명에 따른 투사렌즈계의 상면만곡 특성을 나타내는 그래프

도 4(c), 도 5(c), 도 6(c)은 본 발명에 따른 투사렌즈계의 왜곡 특성을 나타내는 그래프

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 광원 12 : 램프

22, 24 : FEL 26 : PBS

28 : 집광렌즈 30, 34 : 다이크로익미러

36, 40 : 릴레이렌즈 32, 38, 42, 56, 58 : 전반사미러

44 : 액정패널 46 : 다이크로익 프리즘

48 : 투사렌즈 50 : 스크린

52 : 광학부 54 : 투사렌즈계

60 : 스크린 61 : 액정패널

70 : 제 1 렌즈군 72, 76, 78, 80, 88 : 구면렌즈

74, 86 : 비구면렌즈 77 : 접합렌즈

82, 84 : 볼록렌즈 90 : 제 2 렌즈군

Claims

영상을 표시하는 액정패널과,

적어도 둘 이상의 렌즈들로 조합되어 양의 굴절력을 가지며, 상기 액정패널로부터 입사되는 광의 색수차 및 구면수차를 보정하는 제 1 렌즈군과,

상기 제 1 렌즈군으로부터 입사되는 광을 소정방향으로 반사시키는 전반사미러와,

적어도 둘 이상의 렌즈들로 조합되어 음의 굴절력을 가지며, 상기 전반사미러로부터 입사되는 광의 비점수차 및 왜곡을 보정하는 제 2 렌즈군으로 구성되어 있으며,

상기 제 1 렌즈군을 광축 방향으로 이동시켜 렌즈의 배율이 조정되도록 투사렌즈를 구성하고, 상기 투사렌즈의 배율에 따라 상기 제 2 렌즈군을 전후로 움직여 렌즈 포커싱이 조절 가능하도록 구성되어서 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈.

,

,

bfl : 후면 초점거리, fl : 렌즈 전체의 초점거리, f`1 : 제 1 렌즈군의 초점거리, f`2 : 제 2 렌즈군의 초점거리, d`8 : 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군 사이의 거리
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 렌즈군은 적어도 하나 이상의 양의 굴절력을 가지는 플라스틱 비구면렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 렌즈군은 적어도 하나 이상의 음의 굴절률을 가지는 플라스틱 비구면렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 전반사미러는 상기 제 1 렌즈군으로부터 입사되는 입사광의 광축과 상기 전반사미러에 의해 반사되어 상기 제 2 렌즈군 쪽으로 출사되는 광의 광축이 이루는 각(θ)은 30°~ 90°범위인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 전반사미러는 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 전반사미러의 반사면이 평면 또는 비구면 전반사미러로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군 중 적어도 어느 하나를 이동시켜 포커싱하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 렌즈군에 포함되며 상기 전반사미러에 인접하게 배치된 구면렌즈를 이동시켜 포커싱하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 초 광각 줌 렌즈.