KR100567080B1 - 투영렌즈장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투영렌즈 장치에 관한 것으로, 색수차 등의 광학적 특성을 종래이상으로 양호하게 하는 투영렌즈 장치에 관한 것이다. 본 발명은 파워렌즈와, 이 파워렌즈로부터 스크린쪽에 위치하고 소정의 수차 보정기능을 담당하는 하나 또는 복수의 스크린측군 렌즈와, 파워렌즈로부터 비스크린쪽에 위치하고 소정의 수차 보정기능을 담당하는 하나 또는 복수의 비스크린측군 렌즈를 갖는 투영렌즈장치에 관한 것이다. 그리고, 파워렌즈는 아베수가 50∼75의 어느 한 값인 유리재료로 형성된 것이며, 하나 또는 복수의 스크린측군 렌즈는 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈와 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈가 혼재하고, 하나 또는 복수의 비스크린측군 렌즈는 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈와 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 렌즈로 성형된 렌즈가 혼재한 것을 특징으로 한다.

투영렌즈, 파워렌즈, 색수차, 아베수, 코마수차

Description

투영렌즈장치{Projection Lens Apparatus}

도 1은 본 발명의 제1실시예의 투영렌즈 장치의 구성을 나타낸 설명도이고,

도 2는 본 발명의 제1실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈면의 곡률반경이나 아베수 등을 나타낸 도표이며,

도 3은 본 발명의 제1실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈의 비구면을 규정하는 파라미터를 나타내는 도표이고,

도 4는 본 발명의 제1실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 3파장에 대한 코마수차를 나타낸 특성도이며,

도 5는 도 4의 횡축의 설명 보조도이고,

도 6은 본 발명의 제1실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 MTF특성을 나타내는 특성도이며,

도 7은 종래의 투영렌즈 장치의 구성을 나타내는 설명도이고,

도 8은 종래의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈면의 곡률반경이나 아베수 등을 나타낸 도표이며,

도 9는 종래의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈의 비구면을 규정하는 파라미터를 나타낸 도표이고,

도 10은 종래의 투영렌즈 장치에 있어서의 3파장에 대한 코마수차를 나타낸 특성도이며,

도 11은 종래의 투영렌즈 장치에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 특성도이고,

도 12는 본 발명의 제2실시예의 투영렌즈 장치의 구성을 나타내는 설명도이며,

도 13은 본 발명의 제2실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈면의 곡률반경이나 아베수 등을 나타내는 도표이고,

도 14는 본 발명의 제2실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈의 비구면을 규정하는 파라미터를 나타내는 도표이며,

도 15는 본 발명의 제2실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 3파장에 대한 코마수차를 나타낸 특성도이고,

도 16은 본 발명의 제2실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 특성도이며,

도 17은 본 발명의 제3실시예의 투영렌즈 장치의 구성을 나타내는 설명도이고,

도 18은 본 발명의 제3실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈면의 곡률반경이나 아베수 등을 나타내는 도표이며,

도 19는 본 발명의 제3실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈의 비구면을 규정하는 파라미터를 나타내는 도표이고,

도 20은 본 발명의 제3실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 3파장에 대한 코마수차를 나타낸 특성도이며,

도 21은 본 발명의 제3실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 특성도이고,

도 22는 본 발명의 제4실시예의 투영렌즈 장치의 구성을 나타내는 설명도이며,

도 23은 본 발명의 제4실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈면의 곡률반경이나 아베수 등을 나타내는 도표이고,

도 24는 본 발명의 제4실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈의 비구면을 규정하는 파라미터를 나타내는 도표이며,

도 25는 본 발명의 제4실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 3파장에 대한 코마수차를 나타낸 특성도이고,

도 26은 본 발명의 제4실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 특성도이며,

도 27은 본 발명의 제5실시예의 투영렌즈 장치의 구성을 나타내는 설명도이고,

도 28은 본 발명의 제5실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈면의 곡률반경이나 아베수 등을 나타내는 도표이며,

도 29는 본 발명의 제5실시예의 투영렌즈 장치를 구성하는 각 렌즈의 비구면을 규정하는 파라미터를 나타내는 도표이고,

도 30은 본 발명의 제5실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 3파장에 대한 코마수차를 나타낸 특성도이며,

도 31은 본 발명의 제5실시예의 투영렌즈 장치에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 특성도이고,

도 32는 광학용 수지의 아베수로 그룹을 나눈 설명도이다.

*부호의 간단한 설명*

1A, 1B, 1C, 1D, 1E …투영렌즈 장치, 2 …제1군 렌즈, 3 …제2군 렌즈,

4 …제3군 렌즈, 5 …제4군 렌즈, 6 …제5군 렌즈.

본 발명은 투영렌즈 장치에 관한 것으로, 특히 텔레비젼 투영기용의 투영렌즈 장치에 적용하기에 적합한 장치에 관한 것이다.

근래, 텔레비젼 투영기(television projector)는, 텔레비젼 방송의 수신영상 뿐만 아니라, VTR, LD 등의 전자 영상기기로부터의 출력영상을 표시하는 디스플레이(display)로서 폭넓게 이용되고 있다. 투영기 전체의 소형화, 경량화, 저렴화를 도모하기 위해, 이와 같은 투영기에 적용되고 있는 투영렌즈 장치도, 소형화, 경량화, 저렴화가 요구되고 있다. 또한, 투영렌즈 장치는 그 확대배율이 상당히 큰 것이지만, 당연히 각종 수차가 작은, 바람직한 광학적 특성을 실현하는 것이 요구되고 있다.

종래의 투영렌즈 장치는 큰 원하는 확대배율을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 바람직한 광학적 특성을 실현할 수 있도록, 복수의 렌즈군, 예를 들어 5군이 나 6군의 렌즈군으로 구성되어 있었다. 그리고, 주로 확대배율 및 결상화상의 밝기를 확보하기 위해 작용하고 또한 초점이동을 발생시키지 않기 위해 작용하는 파워렌즈(power lens)에는 유리렌즈(glass lens)를 적용하고, 그 외 렌즈에는 성형이 용이하고 경량화, 저렴화에 기여할 수 있는 플라스틱 렌즈를 적용해 왔다.

그런데, 근래의 투영기가 취급하는 영상은 칼라(color) 영상이기 때문에, 다른 수차가 작은 것도 중요하지만 색수차가 작은 것이 중요하다. 상술한 바와 같이, 아크릴수지로 이루어진 플라스틱 렌즈는 아베수(Abbe's number)가 크기 때문에 색수차의 억압에는 양호한 기능을 한다.

그러나, 투영렌즈 장치는 복수의 렌즈군으로 구성되어 있기 때문에, 스크린상에서의 색수차를 전면에 걸쳐서 거의 완전하게 억제할 수 없다. 특히, 고해상도가 요구되는 하이비젼 텔레비젼용 투영기에는, 이러한 색수차 등의 광학적 특성에 대한 요구가 높으며, 보다 한층 양호한 광학적 특성의 실현이 요구되고 있다.

이 때문에, 색수차 등의 광학적 특성을 종래이상으로 양호하게 할 수 있는 투영렌즈 장치가 요구되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 파워렌즈와, 이 파워렌즈로부터 스크린쪽에 위치하고 소정의 수차 보정기능을 담당하는 하나 또는 복수의 스크린측군 렌즈와, 파워렌즈로부터 비스크린쪽에 위치하고 소정의 수차 보정기능을 담당하는 하나 또는 복수의 비스크린측군 렌즈를 갖는 투영렌즈 장치에 있어서, 아래와 같이 하는 것을 특징으로 한다.

즉, 파워렌즈는 아베수가 50∼75의 어느 한 값인 유리재료로 형성된 것이며, 하나 또는 복수의 스크린측군 렌즈는 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈와 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈가 혼재하고, 하나 또는 복수의 비스크린측군 렌즈는 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈와 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 렌즈로 성형된 렌즈가 혼재한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 및 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

(A) 제1실시예

이하, 본 발명에 따른 투영렌즈 장치의 제1실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)의 구성을 나타내는 렌즈 배치도이다. 또한, 도 1은 각 렌즈의 면 형상이나, 각 렌즈의 광축상에서의 두께나, 서로 이웃하는 렌즈사이의 간격을 이미지적으로 명확하게 하는 것이다.

또한 도 2는 각 렌즈의 각 면 r1∼r12의 광축상에서의 곡률반경 R1∼R12, 각 렌즈의 광축상에서의 두께 및 서로 이웃하는 렌즈간의 간격 d1∼d12, 각 렌즈의 굴절률(d선에서의 굴절률) nd1, nd3, nd5, nd7, nd9∼nd11, 및 각 렌즈의 아베수 vd1, vd3, vd5, vd7, vd9∼vd11의 구체적인 값을 나타내는 도표이다. 또한, 굴절률 ndi 및 아베수 vdi는 렌즈의 스크린 쪽의 면 ri에 대응한 행에 기재하고 있다.

또한, 도 3은 비구면인 각 렌즈의 각 면 r1∼r4, r7∼r10의 형상을 특정하기 위한 파라미터 K, A3∼A10의 값을 나타내는 도표이다. 또한, 비구면 형상을 특정하기 위한 파라미터 K, A3∼A10은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 있어서의 비구면 형상 특정식에서의 파라미터이다. 즉, 광축 방향을 X축으로 한 직교좌표계에 있어서, 정점에 가까운 축의 곡률을 C, 원추 상수를 K, 비구면 계수를 A3∼A10으로 하였을 때, 하기 수학식 1 및 수학식 2로 표시되는 관계에 있는 회전대칭 비구면에서 각 렌즈의 비구면을 설정하고 있다.

도 1에 있어서, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)는, 스크린쪽으로부터 순차적으로 제1군 렌즈(2), 제2군 렌즈(3), 제3군 렌즈(4), 제4군 렌즈(5) 및 제5군 렌즈(6)로 구성되어 있다.

제1군 렌즈(2)는, 본 제1실시예의 경우에, 단일 렌즈로 되어 있다. 제1군 렌즈(2)는 광축 부근이 양(positive)이고, 주변부가 음(negative)으로 된 면 r1 및 면 r2가 함께 비구면으로 구성된 렌즈로 되어 있고, 주로 상높이가 0.5∼0.8 정도의 구면수차, 및 축외광의 하선의 코마(coma) 수차의 보정기능을 담당하고 있는 것이다. 또한, 이 명세서에 있어서는, 상높이는 0.0∼1.0으로 정규화한 상대 상높 이로 표현되어 있다.

제2군 렌즈(3)도, 본 제1실시예의 경우에, 단일 렌즈로 되어 있다. 제2군 렌즈(3)는 광축 부근이 음이고, 주변부가 양으로 된 면 r3 및 면 r4가 함께 비구면으로 구성된 렌즈로 되어 있고, 주로 상높이가 1.0 부근의 구면수차의 보정기능을 담당하고 있다.

제3군 렌즈(4)도, 본 제1실시예의 경우에, 단일 렌즈로 되어 있다. 제3군 렌즈(4)는 면 r5 및 면 r6이 함께 구면인 렌즈로 되어 있고, 구성 렌즈 중에서 가장 파워가 강한 양의 렌즈로 되어 있다. 즉, 제3군 렌즈(4)는 원하는 확대배율을 달성하기 위해 가장 크게 기여하는 것이다.

제4군 렌즈(5)도, 본 제1실시예의 경우에, 단일 렌즈로 되어 있다. 제4군 렌즈(5)는 면 r7 및 면 r8이 함께 비구면인 양의 렌즈로 되어 있고, 주로 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능과, 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정 기능을 담당하고 있다.

제5군 렌즈(6)는, 상기 투영렌즈 장치(1A)의 상면만곡의 대부분을 보정하는 상면만곡 보정유니트를 구성하고 있다. 이하, 제5군 렌즈(6)의 것을, 상면만곡 보정유니트라고 부르도록 한다. 상면만곡 보정유니트(6)는, 제1, 제2, 제3렌즈(6A, 6B, 6C)의 밀접렌즈로 되어 있다. 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)가 주로 상면만곡의 보정기능을 담당하고 있다. 상면만곡 보정유니트(6)의 제2렌즈(6B)는 제1렌즈(6A) 및 제3렌즈(6C) 사이에 충진되어 있는 냉각용 액체로 이루어져 있는 것이다. 상면만곡 보정유니트(6)의 제3렌즈(6C)는 도시하지 않은 CRT 디스플레이의 관면과의 접합 입사부를 구성하고 있는 것이다. 즉, 제3렌즈(6C)의 비스크린쪽의 면 r12는 도시하지 않은 CRT 디스플레이의 관면과 동일한 면형상을 이루고 있다.

또한, 색수차의 발생을 억제하는 색지움은 제1군 렌즈(2), 제2군 렌즈(3), 제3군 렌즈(4), 제4군 렌즈(5), 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A) 등의 총합적인 렌즈계로서 달성하고 있다. 투영렌즈 장치로서는, 6군 구성의 것도 있지만, 이 제1실시예와 같은 5군 구성의 것이 6군 구성의 것에 비교하면 구성하는 렌즈 대수가 작기 때문에, 색지움은 일반적으로 말해서 어려운 것이다.

이 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)에 있어서도, 플라스틱 렌즈에서는 실현하기 어려운 큰 양의 파워를 필요로 하는 제3군 렌즈(4)에는, 도 2에도 도시된 바와 같은 굴절률 nd가 1.517이고 아베수 vd가 64인 유리(BK7 유리)를 적용하고 있다. 또한, 이 제3군 렌즈(4)는 유리렌즈이기 때문에, 대량생산성이나 가공성 등을 고려하여 상술한 바와 같이 양면 r5 및 r6 모두에 구면 렌즈를 적용하고 있다.

이상과 같이, 파워렌즈(제3군 렌즈)(4)로서 구면의 유리렌즈를 적용하고 있기 때문에(정확하게는 다른 요인도 영향을 주지만), 각종 수차보정용 렌즈가 필요하게 된다. 또한, 상기 투영렌즈 장치(1A)의 소형화, 경량화를 고려하여 이와 같은 각종 수차보정용 렌즈로서는, 플라스틱 렌즈를 적용하도록 하였다.

각종 수차보정용 렌즈는, 상술한 제1군 렌즈(2), 제2군 렌즈(3), 제4군 렌즈(5), 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)이고, 그 때문에 이러한 제1군 렌즈(2), 제2군 렌즈(3), 제4군 렌즈(5), 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈 (6A)로서, 플라스틱 렌즈를 적용하도록 하였다. 이점은 종래와 동일하다.

종래에는, 모든 수차보정용 렌즈는 동일한 종류의 플라스틱 재료로 이루어진 렌즈를 적용하여 왔다. 즉, 모든 수차보정용 렌즈로서, 아크릴수지(폴리메틸메타크릴레이트; PMMA)로 이루어진 렌즈를 적용하여 왔다.

그러나, 이 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)는 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에 동일한 플라스틱 재료로 이루어진 렌즈를 적용하고, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)에 동일한 플라스틱 재료로 이루어진 렌즈를 적용하며, 이러한 2종류의 플라스틱 재료가 다른 것에 의해 특징을 갖는 것이다.

즉, 이 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)에 있어서는, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에는, 도 2에서도 나타낸 바와 같이, 굴절률 nd가 1.620, 아베수 24의 플라스틱 재료로 이루어진 렌즈를 적용하고 있고, 한편, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)에는, 도 2에서도 나타나 있는 바와 같이, 굴절률 nd가 1.492, 아베수 58의 플라스틱 재료로 이루어진 렌즈를 적용하고 있다.

전자와 같은 광학적 성질을 갖는 플라스틱 재료는, 구체적으로는 광학용 폴리에스테르 수지(예를 들어 종방 주식회사는 상품명 O-PET로 시판하고 있다; 일본국 특개평 제6-49186호 참조)이고, 후자와 같은 광학적 성질을 갖는 플라스틱 재료는 구체적으로는 플라스틱 렌즈 재료로서 가장 일반적으로 적용되고 있는 아크릴수지(폴리메틸메타크릴레이트; PMMA)이다.

또한, 이 제1실시예에서는, 상면만곡 보정유니트(6)의 제2렌즈(6B)를 구성하는 냉각용 액체로서는, 굴절률 nd가 1.437, 아베수 73의 에틸렌글리콜과 글리세린 의 혼합액을 적용하고 있고, 상면만곡 보정유니트(6)의 제3렌즈(6C)에는 굴절률 nd가 1.562, 아베수 56의 유리로 이루어진 것을 적용하고 있다.

이어, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)에 있어서, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에 일반적인 아크릴 수지 렌즈가 아니라, 광학적 폴리에스테르 수지를 적용한 것의 이유를 설명한다.

파워렌즈(제3군 렌즈)(4)에서는, 아베수가 큰, 바꾸어 말하면 파장분산이 작은 유리렌즈를 적용하고 있지만, 양의 큰 렌즈이기 때문에 이 렌즈의 하나만을 고려할 경우에 색수차는 그나름대로 발생한다.

다른 렌즈는, 상술한 바와 같이, 주된 보정기능이 결정되어 있는 것이지만, 그 주된 기능외, 투영렌즈 장치(1A) 전체로서 색지움이 가능하도록 색지움 기능도 담당할 필요가 있다.

여기서, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)가 특히 색지움에 기능을 한다. 즉, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)와 비교하면, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)는 도 1에서도 설명한 바와 같이, 거의 동일한 두께의 부분이 존재하기 때문에, 상높이의 전범위에 대한 색지움에는 기능을 하지 않고, 상높이의 일부의 범위에서의 색지움에 기능을 할 뿐이다. 따라서, 색지움의 관점에서는, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)가 중요하게 된다.

각 렌즈를 단독으로 고려하면, 언뜻 아베수가 큰 (파장분산이 작은) 쪽이 색수차의 보정(색지움)의 관점에서 양호할 것으로 생각된다. 그러나, 색지움 기능을 주로 담당하는 렌즈, 이 제1실시예의 경우, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)는 색지움 뿐만 아니라, 다른 보정기능도 담당하고 있는 것이다.

제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)가 담당하고 있는 주된 보정기능을 잃지 않고, 또한 색지움 기능을 담당하도록 하기 위해서는, 아베수가 작은 렌즈를 적용하는 것이 바람직함을 본원 발명자가 발견하였다. 즉, 아베수가 작은 렌즈를 적용하는 것으로 색지움 기능을 담당하도록 시키면, 색지움 기능으로 인해 렌즈의 각면의 형상이 영향을 받는 정도가 작아지고, 본래의 보정기능의 면에서, 렌즈의 각면의 형상을 결정짓도록 할 수 있다. 바꾸어말하면, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)가 담당하고 있는 주된 보정기능과 색지움 기능의 양자를, 종래와 같이, 아베수가 큰 렌즈로서 달성하고자 하면 색지움 기능의 실현이 렌즈형상에도 상당히 영향을 주어 본래의 보정기능을 잃을 우려가 있다.

한편, 색지움 기능에의 기여가 작은 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트 (6)의 제1렌즈(6A)는, 오히려 색수차의 발생을 억제할 수 있어 아베수가 큰 것을 적용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2군 렌즈(3)는 그 주변부(상높이가 큰 부분)에서는 파워렌즈(제3군 렌즈)(4)와 같은 색수차를 발생시키는 경향이 있기 때문에, 아베수가 큰 것을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)는, 그 양면 모두에서 곡률반경이 작은 굴절력이 큰 것이고, 색수차를 크게 할 가능성을 갖는 것이기 때문에, 아베수가 큰 것을 적용하는 것이 바람직하다.

도 4는 이 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)에 있어서의 3개의 파장(486nm, 546nm, 656nm)의 코마수차를, 축상으로부터의 입사광(도 4a) 및 최대높이로부터의 입사광(도 4b)에 대해서 나타낸 것이다. 또한, 도 4에 있어서의 횡축은 도 5에 나타난 바와 같은 가상스크린면에서의 범위 HU∼HL, HU'∼HL'를 1∼-1로 정규화하여 나타내고 있다.

또한, 도 6은 이 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)에 있어서의 MTF(modulation transfer function) 특성을 나타낸 것이다. 도 6은 1mm당 4.3 라인쌍의 호 모양에 대한 메리디오날면 및 세지탈면에서의 상높이 0.0∼1.0에 대한 MTF를 나타내고 있다. 또한, e선에 대해, 1.00의 색중량 처리(시감도에 맞추기 위한 조정)를 실시하고 있다.

또한 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)의 초점거리는 75.79mm이고, F수는 1.00이며, 주변광량비(=최대 상높이에서의 광량/축상에서의 광량)는 31.4%이었다.

도 7∼도 9는 모든 플라스틱 렌즈에 아크릴 수지 렌즈를 적용하고 있는 종래의 5군 구성의 투영렌즈 장치(제1실시예에 대한 비교예)(1)를 규정하는 도면이고, 각각 제1실시예에 관한 도 1∼도 3에 대응하는 것이다. 또한 도 10은 이 종래의 장치(1)에 있어서의 3파장의 코마수차를, 축상에서의 입사광(도 10a) 및 최대 상높이에서의 입사광(도 10b)에 대해서 나타낸 것이다. 또한 도 11은 종래장치(1)에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 것이다.

도 4 및 도 10의 비교로부터, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)는 종래장치(1)와 비교하여 색수차가 작아지는 것을 알 수 있다.

도 6에서, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)의 MTF는, 메리디오날면 및 세지탈면의 쌍방향으로 상높이의 전범위에서 0.6정도이고, 제1실시예의 투영렌즈 장치 (1A)의 분해능이 양호한 것, 바꾸어 말하면 색수차를 포함한 각종 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 종래장치 (1)에서는, MTF가 0.6이하의 상높이 부분이 상당히 존재한다. 즉, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)의 MTF 특성은 종래장치(1)와 비교하여 상당히 개선되어 있다. 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)의 MTF 특성은 실질적으로 하이비젼 텔레비젼의 화상을 취급할 경우에도 충분한 것이다.

또한, 종래의 투영렌즈 장치의 초점거리는 75.89mm이고, F수는 1.00이며, 주변광량비는 30.6%이었다. 즉, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)는 상술한 바와 같이 이러한 광학적 특성은 종래장치와 동일한 것이다.

이상과 같이, 제1실시예의 투영렌즈 장치에 따르면, 상높이가 0.5∼0.8정도의 구면수차, 및 축외광의 하선이 코마수차의 보정기능을 담당하는 제1군 렌즈와, 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능 및 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하는 제4군 렌즈에는, 아베수가 작은 광학용 폴리에스테르 수지로 이루어진 렌즈를 적용함과 동시에, 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하는 제2군 렌즈와, 상면만곡의 대부분을 보정하는 상면만곡 유니트의 제1렌즈에는 아베수가 큰 아크릴 수지로 이루어진 렌즈를 적용하고, 파워렌즈로서의 제3군 렌즈에는 유리렌즈를 적용하였기 때문에, 색지움을 시작으로 하는 광학적 특성이 양호한 장치를 실현할 수 있다.

또한, 광학용 폴리에스테르 수지는 종래 적용하였던 아크릴 수지와 비교하면, 굴절률이 큰 것이다. 이 때문에, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 소형화할 수 있고, 결과적으로 투영렌즈 장치 전체의 소형화에도 기여할 수 있다.

또한, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 광학용 폴리에스테르 수지로 이루어진 렌즈로 해도, 플라스틱 렌즈를 적용하고 있는 것은 종래와 동일하고, 투영렌즈 장치의 소형화, 경량화를 잃는 것은 아니다.

(B) 제2실시예

이어, 본 발명에 따른 투영렌즈 장치의 제2실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 12는, 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)의 구성을 나타내는 렌즈 배치도이고, 상술한 제1실시예에 관계된 도 1과 동일하고, 대응부분에는 동일한 부호를 붙여서 나타내었다. 또한, 도 13은 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)에 있어서의 각 렌즈의 각 면의 광축상에서의 곡률반경, 각 렌즈의 광축상에서의 두께 및 서로 이웃하는 렌즈 사이의 간격, 각 렌즈의 굴절률(d선에서의 굴절률), 및 각 렌즈의 아베수의 구체적인 값을 나타내는 도표이다. 또한 도 14는 비구면인 각 렌즈의 각 면의 형상을 특정하기 위한 파라미터의 값을 나타내는 도표이다.

도 12에 나타난 바와 같이, 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)도, 스크린쪽으로부터 순차적으로 제1군 렌즈(2), 제2군 렌즈(3), 제3군 렌즈(4), 제4군 렌즈(5) 및 제5군 렌즈(상면만곡 보정유니트)(6)로 구성되어 있고, 각각의 주된 기능은 제1실시예와 동일하다.

즉, 주로 제1군 렌즈(2)는, 상높이가 0.5∼0.8 정도의 구면수차 및 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하고 있고, 제2군 렌즈(3)는 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하고 있으며, 제3군 렌즈(4)는 파워렌즈로서 기능을 하고, 제4군 렌즈(5)는 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능과, 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하고 있으며, 상면만곡 보정유니트(6)는 상기 투영렌즈 장치(1B)의 상면만곡의 대부분을 보정하는 기능을 담당하고 있다.

이 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)와, 상술한 제1실시예의 투영렌즈 장치 (1A)와의 차이점은, 색지움에 가장 큰 기능을 하고 있는 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에, 도 13에 나타난 바와 같이, 굴절률 nd가 1.593, 아베수 30의 플라스틱 재료로 이루어진 렌즈를 적용하고 있는 것이다. 이와 같은 광학적 성질을 갖는 플라스틱 재료는 구체적으로는 폴리스틸렌(PS)이다.

또한, 이 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)에 있어서도, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)에는 아크릴 수지(폴리메틸메타크릴레이트; PMMA)로 이루어진 렌즈를 적용하고 있다.

즉, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)의 재료는 제1실시예와 다르지만, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈 (6A)보다 아베수가 상당히 작은 것을 적용하고 있는 점은, 제1실시예와 동일하고 그 이유도 제1실시예와 동일하다.

이상과 같이, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)의 재료를 제1실시예의 것으로 변경하는 것에 의해, 제1실시예와 동일한 기능을 담당하고 있어도 각 렌즈의 각 면의 형상은 제1실시예의 것과는 다소 다르다.

도 15는 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)에 있어서의 3파장의 코마수차를 축 상으로부터의 입사광(도 15a) 및 최대 상높이로부터의 입사광(도 15b)에 대해서 나타낸 것이다. 이 도 15 및 상술한 종래에 관한 도 10의 비교로부터, 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)는 종래장치와 비교하여 색수차가 작아지고 있음을 알 수 있다.

도 16은 이 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 것이다. 도 16으로부터, 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)의 MTF는 메리디오날면 및 세지탈면의 쌍방 모두에 상높이 전범위에서 최저이더라도 0.6정도이고, 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)의 분해능이 양호한 것, 바꾸어 말하면 색수차를 포함한 각종 수차가 양호하게 보정되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11과의 비교로부터, 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)의 MTF 특성은 종래장치(1)와 비교하여 상당히 개선되어 있음을 알 수 있다.

또한, 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)의 초점거리는 75.82mm이고, F수는 1.00이며, 주변광량비는 31.1%이고, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)나 종래의 투영렌즈장치와 동일한 정도이었다.

이상과 같이, 제2실시예의 투영렌즈 장치에 따르면, 상높이가 0.5∼0.8정도의 구면수차, 및 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하는 제1군 렌즈와, 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능 및 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하는 제4군 렌즈에는, 아베수가 작은 폴리스틸렌 수지로 이루어진 렌즈를 적용함과 동시에, 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하는 제2군 렌즈와, 상면만곡의 대부분을 보정하는 상면만곡 보정유니트의 제1렌즈에는 아베수가 큰 아크릴수지로 이루어진 렌즈를 적용하고, 파워렌즈로서의 제3군 렌즈에는 유리렌즈를 적용하였기 때문에, 색지움을 시작으로 하는 광학적 특성이 양호한 장치를 실현할 수 있다.

또한, 폴리스틸렌 수지는 종래 적용하여 온 아크릴 수지와 비교하면, 굴절률이 큰 것이다. 이 때문에, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 소형화할 수 있고, 결과적으로 투영렌즈 장치 전체의 소형화에도 기여할 수 있다.

또한, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 폴리스틸렌 수지로 이루어진 렌즈로 해도 플라스틱 렌즈를 적용하는 것은 종래와 동일하고, 투영렌즈 장치의 소형, 경량화를 잃게 하는 것은 아니다.

(C) 제3실시예

이어, 본 발명에 따른 투영렌즈 장치의 제3실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 17은, 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)의 구성을 나타내는 렌즈 배치도이고, 상술한 제1실시예에 관계된 도 1과 동일하고, 대응부분에는 동일한 부호를 붙여서 나타내었다. 또한, 도 18은 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)에 있어서의 각 렌즈의 각 면의 광축상에서의 곡률반경, 각 렌즈의 광축상에서의 두께 및 서로 이웃하는 렌즈 사이의 간격, 각 렌즈의 굴절률(d선에서의 굴절률), 및 각 렌즈의 아베수의 구체적인 값을 나타내는 도표이다. 또한 도 19는 비구면인 각 렌즈의 각 면의 형상을 특정하기 위한 파라미터의 값을 나타내는 도표이다.

도 17에 나타난 바와 같이, 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)도, 스크린쪽으로부터 순차적으로 제1군 렌즈(2), 제2군 렌즈(3), 제3군 렌즈(4), 제4군 렌즈(5) 및 제5군 렌즈(상면만곡 보정유니트)(6)로 구성되어 있고, 각각의 주된 기능은 제1실시예와 동일하다.

즉, 주로 제1군 렌즈(2)는, 상높이가 0.5∼0.8 정도의 구면수차 및 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하고 있고, 제2군 렌즈(3)는 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하고 있으며, 제3군 렌즈(4)는 파워렌즈로서 기능을 하고, 제4군 렌즈(5)는 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능과, 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하고 있으며, 상면만곡 보정유니트(6)는 상기 투영렌즈 장치(1C)의 상면만곡의 대부분을 보정하는 기능을 담당하고 있다.

이 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)와, 상술한 제1 및 제2실시예의 투영렌즈 장치(1A 및 1B)와의 차이점은, 색지움에 가장 큰 기능을 하고 있는 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에, 도 18에 나타난 바와 같이, 굴절률 nd가 1.585, 아베수 30의 플라스틱 재료로 이루어진 렌즈를 적용하고 있는 것이다. 이와 같은 광학적 성질을 갖는 플라스틱 재료는 구체적으로는 폴리카보네이트(PC)이다.

또한, 이 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)에 있어서도, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)에는 아크릴 수지(폴리메틸메타크릴레이트; PMMA)로 이루어진 렌즈를 적용하고 있다.

즉, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)의 재료는 제1실시예나 제2실시예와 다르지만, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)보다 아베수가 상당히 작은 것을 적용하고 있는 점은, 제1실시예와 동일하고 그 이유도 제1실시예와 동일하다.

이상과 같이, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)의 재료를 제1실시예나 제2실시예의 것으로 변경하는 것에 의해, 제1실시예나 제2실시예와 동일한 기능을 담당하고 있어도 각 렌즈의 각 면의 형상은 제1실시예나 제2실시예의 것과는 다소 다르다.

도 20은 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)에 있어서의 3파장의 코마수차를 축상으로부터의 입사광(도 20a) 및 최대 상높이로부터의 입사광(도 20b)에 대해서 나타낸 것이다. 이 도 20 및 상술한 종래기술에 관한 도 10의 비교로부터, 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)는 종래장치와 비교하여 색수차가 작아지고 있음을 알 수 있다.

도 21은 이 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 것이다. 도 21로부터, 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)의 MTF는 메리디오날면 및 세지탈면의 쌍방 모두에서 상높이 전범위에서 최저이더라도 0.6정도이고, 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)의 분해능이 양호한 것, 바꾸어 말하면 색수차를 포함한 각종 수차가 양호하게 보정되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11과의 비교로부터, 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)의 MTF 특성은 종래장치(1)와 비교하여 상당히 개선되어 있음을 알 수 있다.

또한, 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)의 초점거리는 75.83mm이고, F수는 1.00이며, 주변광량비는 31.1%이고, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)나 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)나 종래의 투영렌즈장치와 동일한 정도이었다.

이상과 같이, 제3실시예의 투영렌즈 장치에 따르면, 상높이가 0.5∼0.8정도 의 구면수차, 및 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하는 제1군 렌즈와, 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능 및 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하는 제4군 렌즈에는, 아베수가 작은 폴리카보네이트 수지로 이루어진 렌즈를 적용함과 동시에, 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하는 제2군 렌즈와, 상면만곡의 대부분을 보정하는 상면만곡 보정유니트의 제1렌즈에는 아베수가 큰 아크릴수지로 이루어진 렌즈를 적용하고, 파워렌즈로서의 제3군 렌즈에는 유리렌즈를 적용하였기 때문에, 색지움을 시작으로 하는 광학적 특성이 양호한 장치를 실현할 수 있다.

또한, 폴리카보네이트 수지는, 종래부터 적용하여 오던 아크릴 수지와 비교하면, 굴절률이 큰 것이다. 이 때문에, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 소형화할 수 있고, 결과적으로 투영렌즈 장치 전체의 소형화에도 기여할 수 있다.

또한, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 폴리카보네이트 수지로 이루어진 렌즈로 해도, 플라스틱 렌즈를 적용하고 있는 것은 종래와 동일하며, 투영렌즈 장치의 소형화, 경량화를 잃게 하는 것은 아니다.

(D) 제4실시예

이어, 본 발명에 따른 투영렌즈 장치의 제4실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 22는, 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)의 구성을 나타내는 렌즈 배치도이고, 상술한 제1실시예에 관계된 도 1과 동일하고, 대응부분에는 동일한 부호를 붙여서 나타내었다. 또한, 도 23은 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에 있어서의 각 렌즈의 각 면의 광축상에서의 곡률반경, 각 렌즈의 광축상에서의 두께 및 서로 이웃하는 렌즈 사이의 간격, 각 렌즈의 굴절률(d선에서의 굴절률), 및 각 렌즈의 아베수의 구체적인 값을 나타내는 도표이다. 또한 도 24는 적어도 한면이 비구면인 각 렌즈의 각 면의 형상을 특정하기 위한 파라미터의 값을 나타내는 도표이다.

도 22에 나타난 바와 같이, 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)도, 스크린쪽으로부터 순차적으로 제1군 렌즈(2), 제2군 렌즈(3), 제3군 렌즈(4), 제4군 렌즈(5) 및 제5군 렌즈(상면만곡 보정유니트)(6)로 구성되어 있고, 각각의 주된 기능은 제1실시예와 동일하다.

즉, 주로 제1군 렌즈(2)는, 상높이가 0.5∼0.8 정도의 구면수차 및 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하고 있고, 제2군 렌즈(3)는 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하고 있으며, 제3군 렌즈(4)는 파워렌즈로서 기능을 하고, 제4군 렌즈(5)는 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능과 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하고 있으며, 상면만곡 보정유니트(6)는 상기 투영렌즈 장치(1D)의 상면만곡의 대부분을 보정하는 기능을 담당하고 있다.

이 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에서 각 렌즈의 재질은 상술한 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)와 동일하다. 즉, 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에 있어서도, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)보다 아베수가 상당히 작은 것을 적용하고 있는 점은, 제1실시예와 동일하고 그 이유도 제1실시예와 동일하다.

제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)와 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)와의 주된 차이점은 상면만곡 보정유니트(6)의 구체적인 구성이다.

(가) 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에 있어서는, 상면만곡 보정유니트(6)의 제2렌즈(6B) 및 제3렌즈(6C)의 경계면 r11을 제1실시예와 같은 평면이 아니라, 도 22 및 도 23에 나타난 바와 같이, 도시하지 않은 CRT 디스플레이의 관면과의 접합 입사면인 면 r12와 거의 동일한 구면으로 하고 있다. (나) 또한 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에 있어서는, 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A) 및 제2렌즈(6B)의 경계면 r10에, 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)와는 다르게, 도 24에서 알 수 있는 바와 같이, 구면을 적용하고 있다.

차이점 (가)는, 이하의 것을 고려하고 있다. 상면만곡 보정유니트(6)의 제2렌즈(6B)는 냉각용 액체가 충진되어 구성되어 있는 것이지만, 제3렌즈(6C)가 동일한 두께가 아니라면, CRT 디스플레이로부터의 열전도가 축상쪽과 최대 상높이쪽에서 다르고, 그 결과 제2렌즈(6B)를 구성하고 있는 냉각용 액체가 제2렌즈(6B)의 내부에서 대류하는 등의 것이 발생하고, 그 영향이 광학특성에 약간 나타나는 일도 발생한다. 이것을 방지하는 것을 고려하여, 면 r11을 구면으로서, 상면만곡 보정유니트(6)의 제3렌즈(6C)를 거의 동일한 두께로 하도록 하였다. 또한, 제조면에서는, 면 r11이 평면인 편이 금형의 제조가 용이하기도 한 잇점을 갖는다.

차이점 (나)는, 제조면을 고려하여 얻은 것이다. 즉, 비구면보다 구면인 편이 금형의 제조가 용이하고 그 결과 제조비용의 저렴화를 도모할 수 있다. 면 r10도 비구면인 편이 바람직하지만, 이 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에 있어서도 비구면을 채용하고 있는 면 r1∼r4, r7∼r9와 비교하면 전체적인 광학특성에 주어 진 영향은 작아서 구면으로 변경하여도 후술할 바와 같이 상술한 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)와 동일한 정도의 광학특성을 실현할 수 있다.

이 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에 있어서, 이상과 같이, 각 렌즈는 제1실시예와 동일한 기능을 담당하고 있어도 제1실시예에서 평면이었던 1면(r11)을 구면으로 변경하고 제1실시예에서 비구면이었던 1면(r10)을 구면으로 변경한 것에 의해, 다른 각면의 형상도 제1실시예의 것과는 다소 다르다.

도 25는 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에 있어서의 3파장의 코마수차를 축상으로부터의 입사광(도 25a) 및 최대 상높이로부터의 입사광(도 25b)에 대해서 나타낸 것이다. 이 도 25 및 상술한 종래에 관계된 도 10의 비교로부터, 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)는 종래장치와 비교하여 색수차가 작아지는 것을 알 수 있다.

도 26은 이 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 것이다. 도 26으로부터, 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)의 MTF는 메리디오날면 및 세지탈면의 쌍방 모두에서 상높이 전범위에서 최저이더라도 0.53정도이고, 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)의 분해능이 양호한 것, 바꾸어 말하면 색수차를 포함한 각종 수차가 양호하게 보정되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11과의 비교로부터, 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)의 MTF 특성은 종래장치(1)와 비교하여 상당히 개선되어 있음을 알 수 있다.

또한, 제4실시예의 투영렌즈 장치(1D)의 초점거리는 80.00mm이고, F수는 1.00이며, 주변광량비는 29.4%이고, 초점거리는 다소 길지만, 다른 값은 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)나 제2실시예의 투영렌즈 장치(1B)나 제3실시예의 투영렌즈 장치(1C)나 종래의 투영렌즈장치와 동일한 정도이었다.

이상과 같이, 제4실시예의 투영렌즈 장치에 있어서도, 상높이가 0.5∼0.8정도의 구면수차 및 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하는 제1군 렌즈와, 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능 및 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하는 제4군 렌즈에는, 아베수가 작은 광학용 폴리에스테르 수지로 이루어진 렌즈를 적용함과 동시에, 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하는 제2군 렌즈와, 상면만곡의 대부분을 보정하는 상면만곡 보정유니트의 제1렌즈에는 아베수가 큰 아크릴수지로 이루어진 렌즈를 적용하고, 파워렌즈로서의 제3군 렌즈에는 유리렌즈를 적용하였기 때문에, 색지움을 시작으로 하는 광학적 특성이 양호한 장치를 실현할 수 있다.

또한, 광학용 폴리에스테르 수지는 종래부터 적용하여 오던 아크릴 수지와 비교하면, 굴절률이 큰 것이다. 이 때문에, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 소형화할 수 있고, 결과적으로 투영렌즈 장치 전체의 소형화에도 기여할 수 있다.

또한, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 광학용 폴리에스테르 수지로 이루어진 렌즈로 해도, 플라스틱 렌즈를 적용하고 있는 것은 종래와 동일하며, 투영렌즈 장치의 소형화, 경량화를 잃게 하는 것은 아니다.

더욱 제4실시예의 투영렌즈 장치에 따르면 상면만곡 보정유니트(6)에서의 복수 렌즈면에 있어서의 비구면수가 전술한 실시예의 투영렌즈 장치보다 작기 때문에 제조의 간단화나 저렴화를 기대할 수 있음과 동시에 제조분산을 적게 할 수 있는 것도 기대할 수 있다.

더욱이 또한, 제4실시예의 투영렌즈 장치에 따르면 상면만곡 보정유니트(6)에서의 제3렌즈(6C)를 거의 동일한 두께로 하였기 때문에, CRT 디스플레이에서의 발열이 상면만곡 보정유니트(6)의 각 상높이에 거의 균일하게 전도되고, 열전도의 불균일에 의한 광학특성의 노화를 방지하는 것이 기대된다.

(E) 제5실시예

이어, 본 발명에 따른 투영렌즈 장치의 제5실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 27은, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)의 구성을 나타내는 렌즈 배치도이고, 상술한 제1실시예에 관계된 도 1과 동일하고, 대응부분에는 동일한 부호를 붙여서 나타내었다. 또한, 도 28은 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)에 있어서의 각 렌즈의 각 면의 광축상에서의 곡률반경, 각 렌즈의 광축상에서의 두께 및 서로 이웃하는 렌즈 사이의 간격, 각 렌즈의 굴절률(d선에서의 굴절률), 및 각 렌즈의 아베수의 구체적인 값을 나타내는 도표이다. 또한 도 29는 적어도 한면이 비구면인 각 렌즈의 각 면의 형상을 특정하기 위한 파라미터의 값을 나타내는 도표이다.

도 27에 나타난 바와 같이, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)도, 스크린쪽으로부터 순차적으로 제1군 렌즈(2), 제2군 렌즈(3), 제3군 렌즈(4), 제4군 렌즈(5) 및 제5군 렌즈(상면만곡 보정유니트)(6)로 구성되어 있고, 각각의 주된 기능은 제1실시예와 동일하다.

즉, 주로 제1군 렌즈(2)는, 상높이가 0.5∼0.8 정도의 구면수차 및 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하고 있고, 제2군 렌즈(3)는 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하고 있으며, 제3군 렌즈(4)는 파워렌즈로서 기능을 하고, 제4군 렌즈(5)는 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능과 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하고 있으며, 상면만곡 보정유니트(6)는 상기 투영렌즈 장치(1E)의 상면만곡의 대부분을 보정하는 기능을 담당하고 있다.

이 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)도, 각 렌즈의 재질은 상술한 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)와 동일하다. 즉, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)에 있어서도, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)보다 아베수가 상당히 작은 것을 적용하고 있는 점은 제1실시예와 동일하고 그 이유도 제1실시예와 동일하다.

제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)는 상술한 제1실시예∼제4실시예의 투영렌즈 장치(1A∼1E)와 비교하여, 수광 광량을 증대시키도록 한 것이다. 이를 위해, 이 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)에 관한 도 26과, 상술한 제1실시예∼제4실시예의 투영렌즈 장치(1A∼1D)에 관계된 도 26에 대응하는 도 1, 도 12, 도 17, 도 22와의 비교로부터 명백해지듯이, 제1군 렌즈(2)∼제4군 렌즈(5)의 직경은, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E) 쪽이 큰 직경이 되며, 또한 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)도 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E) 쪽이 큰 직경이 된다.

또한, 이 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)에 있어서도, 도 29에 나타낸 바와 같이, 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A) 및 제2렌즈(6B)의 경계면 r10에 구면을 적용하고 있고, 이 점에서 제1실시예의 투영렌즈 장치(1A)와는 다르지만 그 이유는 제4실시예에서 설명한 대로이다.

이 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)에 있어서, 이상과 같이 각 렌즈는 제1실시예와 동일한 기능을 담당하고 있어도 광량의 증대를 의도하고 있기 때문에, 각 렌즈의 각 면의 형상은 제1실시예의 것과는 다소 차이가 있다.

도 30은 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)에 있어서의 3파장의 코마수차를 축상에서의 입사광(도 30a) 및 최대 상높이로부터의 입사광(도 30b)에 대해서 나타낸 것이다. 이 도30 및 상술한 종래에 관한 도 10의 비교로부터, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)는 종래장치와 비교하여, 색수차가 작아짐을 알 수 있다.

도 31은 이 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)에 있어서의 MTF 특성을 나타낸 것이다. 도 31로부터, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)의 MTF는 메리디오날면 및 세지탈면의 쌍방 모두에서 상높이 전범위에서 최저이더라도 0.55정도이고, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)의 분해능이 양호한 것, 바꾸어 말하면 색수차를 포함한 각종 수차가 양호하게 보정되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11과의 비교로부터, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)의 MTF 특성은 종래장치(1)와 비교하여 상당히 개선되어 있음을 알 수 있다.

또한, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)의 초점거리는 88.13mm이고, F수는 0.94이며, 주변광량비는 51.2%이다. 상술한 바와 같이, 제1실시예∼제4실시예의 투영렌즈장치(1A∼1D)의 초점거리는 75mm정도이고(제4실시예는 80mm), F수는 1.00정도이며, 주변광량비는 30%이기 때문에, 제5실시예의 투영렌즈 장치(1E)는 의도한 대로, 스크린면에서의 광량을 이미 기술한 실시예보다 크게 할 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같이, 제5실시예의 투영렌즈 장치에 있어서도, 상높이가 0.5∼0.8정도의 구면수차, 및 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하는 제1군 렌즈와, 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능 및 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정을 담당하는 제4군 렌즈에는, 아베수가 작은 광학용 폴리에스테르 수지로 이루어진 렌즈를 적용함과 동시에, 상높이 1.0부근의 구면수차의 보정기능을 담당하는 제2군 렌즈와, 상면만곡의 대부분을 보정하는 상면만곡 보정유니트의 제1렌즈에는 아베수가 큰 아크릴수지로 이루어진 렌즈를 적용하고, 파워렌즈로서의 제3군 렌즈에는 유리렌즈를 적용하였기 때문에, 색지움을 시작으로 하는 광학적 특성이 양호한 장치를 실현할 수 있다.

또한, 광학용 폴리에스테르 수지는 종래 적용하여 온 아크릴 수지와 비교하면, 굴절률이 큰 것이다. 이 때문에, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 소형화할 수 있고, 결과적으로 투영렌즈 장치 전체의 소형화에도 기여할 수 있다.

또한, 제1군 렌즈 및 제4군 렌즈를 광학용 폴리에스테르 수지로 이루어진 렌즈로 해도, 플라스틱 렌즈를 적용하고 있는 것은 종래와 동일하고, 투영렌즈 장치의 소형, 경량화를 잃게 하는 것은 아니다.

더욱 제5실시예의 투영렌즈 장치에 따르면 스크린면에서의 광량을 이미 기술한 실시예보다 크게 할 수 있다.

더욱이 또한, 제5실시예의 투영렌즈 장치에 따르면, 상면만곡 보정유니트(6)에서의 복수렌즈면에 있어서의 비구면수가 이미 기술한 실시예의 투영렌즈 장치보다 작기 때문에, 제조의 간단화나 저렴화가 기대됨과 동시에, 제품분산을 작게 함 도 기대할 수 있다.

(F) 그외 실시예

각 군의 렌즈 재료는 상기 각 실시예의 것에 한정되는 것은 아니다. 도 32는 광학용 수지의 아베수와 굴절률을 나타내는 것이다. 플라스틱 렌즈에 적용가능한 광학재료용 수지는 현상태에서는 5, 6종류 정도 존재한다. 이러한 수지는 도 32에 나타난 바와 같이, 아베수가 50∼60의 PMMA나 폴리올레핀 수지(AP) 등의 제1그룹과, 아베수가 20∼35인 PC나 PS나 폴리에스테르 수지(PET)등의 제2그룹으로 그룹하여 나뉠 수 있다.

파워렌즈로서의 제3군 렌즈(4)에, 광학유리로서 가장 일반적인 아베부가 50∼75인 범위의 것을 적용한 경우에 있어서, 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)에는 상기 제2그룹에 속하는 플라스틱 렌즈를 적용하고, 제2군 렌즈(3) 및 상면만곡 보정유니트(6)의 제1렌즈(6A)에는 상기 제1그룹에 속하는 플라스틱 렌즈를 적용하면 좋고, 그 구체적인 유리재료나 수지재료는 상기 각 실시예의 것에 한정되는 것은 아니다. 또한 예를 들어 제1군 렌즈(2) 및 제4군 렌즈(5)는, 제2그룹에 속하는 플라스틱 렌즈로 이루어지지만, 제2그룹에 속하는 다른 플라스틱 렌즈로 구성되도록 해도 좋다.

상기 각 실시예에 있어서는, 제1군, 제2군, 제4군 렌즈의 각각이 1장의 렌즈로 이루어져 있는 것을 나타내었지만, 여러 장의 렌즈에서 원하는 보정기능을 담당하는 군의 렌즈이어도 좋다. 예를 들어, 제4군 렌즈를 2장의 렌즈 구성으로 할 수 있다.

또한 상기 각 실시예에 있어서는, 5군 구성의 투영렌즈 장치에 본 발명을 적용한 것을 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 4군, 6군, 7군 등의 군 구성의 투영렌즈 장치에도 적용할 수 있다. 필요에 따라, 유리렌즈로 이루어진 파워렌즈로부터 스크린쪽으로 2장이상(군의 수는 1군이어도 좋음)의 플라스틱 렌즈와, 파워렌즈로부터 비스크린쪽으로 2장 이상인 플라스틱 렌즈를 갖는 투영렌즈 장치에 있어서, 스트린쪽도, 비스크린쪽도 상기 제1그룹에 속하는 플라스틱 렌즈와, 상기 제2그룹에 속하는 플라스틱 렌즈를 혼재시키고, 각 군 렌즈의 수차보정 기능을 유지한 채, 색수차도 작게 시키도록 하여도 좋다.

상기 각 실시예는 고분해능이 요구되는 하이비젼 텔레비젼용 투영기의 투영렌즈 장치를 의도한 것이지만, 통상의 텔레비젼용 투영기의 투영렌즈 장치에 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면 투영렌즈 장치에 있어서, 파워렌즈가 아베수가 50∼75의 어느 한 값인 유리재료로 형성된 것이고, 파워렌즈로부터 스크린쪽에 위치하는 하나 또는 복수의 스크린측군 렌즈는 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈와, 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈가 혼재하고, 파워렌즈로부터 비스크린쪽에 위치하는 하나 또는 복수의 비스크린측군 렌즈는 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈와, 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈가 혼재하기 때문에, 색수차의 광학적 특성을 종래 이상으로 양호하게 할 수 있다.

Claims (4)

1. 파워렌즈와, 이 파워렌즈로부터 스크린쪽에 위치하고 소정의 수차 보정기능을 담당하는 하나 또는 복수의 스크린측군 렌즈와, 파워렌즈로부터 비스크린쪽에 위치하고 소정의 수차 보정기능을 담당하는 하나 또는 복수의 비스크린측군 렌즈를 갖는 투영렌즈 장치에 있어서,

   상기 파워렌즈는 아베수가 50∼75의 어느 한 값인 유리재료로 형성된 것이고,

   하나 또는 복수의 상기 스크린측군 렌즈는 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈와, 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈가 혼재하며,

   하나 또는 복수의 상기 비스크린측군 렌즈는 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 렌즈와, 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 렌즈로 성형된 렌즈가 혼재하는 것을 특징으로 투영렌즈 장치.
2. 제1항에 있어서, 스크린쪽으로부터, 중간상 높이에서의 구면수차의 보정기능과 축외광의 하선의 코마수차의 보정기능을 담당하는 제1군 렌즈와, 최대상 높이 부근의 구면수차의 보정기능을 담당하는 제2군 렌즈와, 파워렌즈로서의 제3군 렌즈와, 축외광의 상선의 코마수차의 보정기능과 온도변화에 대한 백 포커스의 변동보정기능을 담당하는 제4군 렌즈와, 상면만곡의 보정기능을 담당하는 제5군 렌즈를 갖고,

   상기 제3군 렌즈는 아베수가 50∼75의 어느 한 값인 유리재료로 형성된 것이며,

   상기 제1군 렌즈 및 상기 제4군 렌즈는, 아베수가 20∼35의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 것이고,

   상기 제2군 렌즈 및 상기 제5군 렌즈 중의 플라스틱 렌즈는, 아베수가 50∼60의 어느 한 값인 플라스틱 재료로 성형된 것임을 특징으로 하는 투영렌즈 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1군 렌즈 및 상기 제4군 렌즈가 각각 폴리에스테르수지로 이루어진 렌즈임을 특징으로 하는 투영렌즈 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2군 렌즈 및 상기 제5군 렌즈 중의 플라스틱 렌즈가 각각 아크릴수지로 이루어진 렌즈임을 특징으로 하는 투영렌즈 장치.

Images