KR100692810B1 - Projection Optical Lens System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투사 광학 렌즈 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 투사 광학 렌즈 시스템은 부(-)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군 및 정(+)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군 사이에 설치되는 전반사 렌즈, 및 전반사 렌즈 및 제2 렌즈군 사이에 설치되는 가변 조리개를 포함하고, 가변 조리개는 조리개의 크기를 조절하여 f-스톱(stop)을 조정할 수 있도록 된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 가변 조리개를 적용함으로써 투사 광학 시스템, 특히 sFPD를 디바이스로 사용하는 후면 투사 텔레비전 시스템에서 시스템의 명암 비를 조절할 수 있도록 하여 화질을 개선시킬 수 있도록 한다. The present invention relates to a projection optical lens system. The projection optical lens system of the present invention comprises a total reflection lens provided between a first lens group having a negative refractive power and a second lens group having a positive refractive power, a first lens group, and a second lens group; And a variable aperture installed between the total reflection lens and the second lens group, wherein the variable aperture can adjust the f-stop by adjusting the size of the aperture. According to the present invention, by applying a variable aperture, the contrast ratio of the system can be adjusted in the projection optical system, especially the rear projection television system using the sFPD as a device to improve the image quality.
투사 광학 렌즈, sFPT, f-스톱, 가변 조리개, 초광각 렌즈Projection optical lens, sFPT, f-stop, variable aperture, ultra wide angle lens
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투사 광학 렌즈 시스템을 도시한 것이다.1 illustrates a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투사 광학 렌즈 시스템에 적용되는 조리개를 도시한 것이다. 2 illustrates an aperture applied to a projection optical lens system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투사 광학 렌즈 시스템의 구조의 예를 도시한 것이다. 3 shows an example of the structure of a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투사 광학 렌즈 시스템을 투사 광학 시스템에 적용된 실시 예를 도시한 것이다. 4 illustrates an embodiment in which a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention is applied to a projection optical system.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시에 따른 투사 광학 렌즈 시스템의 렌즈 수차를 그래프로서 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 제1 렌즈군 12 : 제2 렌즈군
20, 20a : 조리개 30 : 전반사 거울
31 : 액츄에이터5A and 5B graphically illustrate lens aberrations of a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention.
<Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11: first lens group 12: second lens group
20, 20a: Aperture 30: Total reflection mirror
31: Actuator
본 발명은 후면 투사 시스템을 위한 투사 광학 렌즈 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 밝기 조절이 가능한 가변 조리개(aperture)를 적용하여 시스템의 명암(contrast)을 향상시킬 수 있는 투사 광학 렌즈 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
종래의 대화면 디스플레이는 PRT 방식의 프로젝션 텔레비전이 대형 디스플레이 시장을 주도해 왔으나, PRT 브라운관 자체의 크기 및 무게로 인하여 광학 부품의 소형화 및 박형화에 따른 한계가 있다는 문제점을 가지고 있었다. 그러므로 가정용 대화면 디스플레이를 구현하기 위한 장치의 무게 및 부피에 제한이 따르고 또한 HDTV와 같은 고해상도 사양에서 필요한 휘도를 얻을 수 없다는 단점을 가진다. Conventional large screen displays have been the PRT type projection television has led the large display market, but the size and weight of the PRT CRT itself has a problem due to the miniaturization and thinning of optical components. Therefore, there are limitations in the weight and volume of the device for realizing a large-sized home display, and also in the disadvantage that the required luminance cannot be obtained in a high resolution specification such as HDTV.
위와 같은 문제를 해결하기 위하여 sFPD(samll Flat Panel Display : LCD, DLP, LCoS)를 이용한 마이크로 디바이스(Micro Device)용 후면 투사 텔레비전이 제안되었다. 상기 시스템은 0.5 내지 2 인치 정도의 소형 패널의 영상을 투사 렌즈를 통해 스크린 위에 확대 투사시키는 방식을 사용하므로 소형화 및 경량화가 가능하고 대화면 디스플레이를 구현하는 것이 용이하다는 장점을 가진다. 또한 PRT와 대비할 때 높은 휘도를 얻을 수 있기 때문에 가정용 대화면 디스플레이로서 HDTV 시대의 대표적인 표시 장치로서 개발이 진행되고 있다. In order to solve the above problems, a rear projection television for a micro device using a sFPD (samll flat panel display: LCD, DLP, LCoS) has been proposed. Since the system uses a method of projecting an image of a small panel of about 0.5 to 2 inches on the screen through a projection lens, the system can be miniaturized and lightweight, and it is easy to implement a large screen display. In addition, since high luminance can be obtained in comparison with PRT, development is being progressed as a representative display device of the HDTV era as a large-screen display for home use.
그러나 상기 시스템과 같은 시스템에서 마이크로 디바이스(LCD, DLP, LCoS)를 이용한 투사형 표시 장치로서 사용되는 경우, 시스템 및 디바이스 자체의 특성으로 인하여 발생하는 잡광(Panel의 누설 또는 반사광, 경통의 내면 반사에 의한 광 등)이 스크린으로 전달되어 시스템 백그라운드의 블랙 레벨 값이 높아지고, 이로 인하여 시스템의 명암비가 저하되어 화질이 나빠질 수 있다는 문제점을 가진다. 이와 같은 문제점을 해결하여 화질 향상을 하기 위해서는 영상의 상태에 따라 상기 블랙 레벨 값을 조절할 필요가 있다. However, when used as a projection display device using a micro device (LCD, DLP, LCoS) in the same system as the above system, due to the characteristics of the system and the device itself, Light, etc.) is transmitted to the screen, so that the black level value of the system background is increased, and thus, the contrast ratio of the system is lowered, thereby degrading the image quality. In order to solve such a problem and to improve image quality, it is necessary to adjust the black level value according to the state of an image.
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본 발명의 목적은 가변 조리개를 적용하여 스크린 위의 블랙 레벨 값을 조절할 수 있는 투사 광학 렌즈 시스템을 제공하고자 하는 것이다. An object of the present invention is to provide a projection optical lens system that can be applied to the variable aperture to adjust the black level value on the screen.
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위와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명의 투사 광학 렌즈 시스템은 부(-)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군 및 정(+)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군; 상기 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군 사이에 설치되는 전반사 렌즈; 및 상기 전반사 렌즈 및 제2 렌즈군 사이에 설치되는 가변 조리개를 포함하고, 상기 가변 조리개는 조리개의 크기를 조절하여 f-스톱(stop)을 조정할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.Projection optical lens system of the present invention for achieving the above object is the first lens group having a negative refractive power and the second lens group having a positive refractive power; A total reflection lens provided between the first lens group and the second lens group; And a variable aperture installed between the total reflection lens and the second lens group, wherein the variable aperture can adjust an f-stop by adjusting the size of the aperture.
상기 가변 조리개는 2개 이상의 날개를 포함하는 원형의 조리개 또는 1개의 날개를 포함하는 주걱 형태의 조리개를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가변 조리개는 조리개를 가변시키기 위한 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The variable diaphragm may include a circular diaphragm including two or more wings or a spatula-type diaphragm including one wing.
The variable diaphragm may include an actuator for varying the diaphragm.
상기 제1 렌즈군은 1매 또는 2매의 비구면 플라스틱 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 렌즈군은 차례대로 양의 굴절력을 가지는 2겹 렌즈, 비구면 플라스틱 렌즈, 음의 굴절력을 가지는 2겹 렌즈 및 2매의 구면 단 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군은 아래와 같은 조건, 3.5 < bf1/f1 < 5.0; 0.55 < | f1/f2 | < 075; 및 8.0 < d8/f1 < 12.0을 만족하고, 상기에서 bfl는 후방 초점 거리(back focal length), f1는 렌즈 전체의 초점 거리, f2는 제2군의 초점 거리 그리고 d8은 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군 사이의 공기 간격을 나타내는 것을 특징으로 한다. The first lens group may include one or two aspherical plastic lenses.
The second lens group may include a two-ply lens having a positive refractive power, an aspherical plastic lens, a two-ply lens having a negative refractive power, and two spherical single lenses.
The first lens group and the second lens group have the following conditions, 3.5 <bf1 / f1 <5.0; 0.55 <| f1 / f2 | <075; And 8.0 <d8 / f1 <12.0, wherein bfl is the back focal length, f1 is the focal length of the entire lens, f2 is the focal length of the second group, and d8 is the first lens group and first It is characterized by showing the air gap between two lens groups.
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상기 전반사 거울은 유리 또는 플라스틱으로 이루어지며, 반사면이 평면 또는 비구면으로 형성된 것을 특징으로 한다.The total reflection mirror is made of glass or plastic, characterized in that the reflective surface is formed in a flat or aspherical surface.
상기 전 반사 거울은 상기 제1 렌즈군으로부터 제2 렌즈군으로 반사되는 광의 각도가 광축을 기준으로 30도 내지 90도의 범위에서 광 경로가 변화되도록 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 렌즈군 또는 제2 렌즈군은 렌즈 초점 형성을 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군 전체를 전후로 이동시키거나, 또는 제1 렌즈군 또는 제2 렌즈군 중의 일부를 전후로 이동키는 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The pre-reflective mirror is installed so that the optical path is changed in the range of the angle of the light reflected from the first lens group to the
The first lens group or the second lens group includes a method of moving the lens focal formation forward and backward through the entire first lens group and the second lens group, or by moving a part of the first lens group or the second lens group back and forth. It is characterized by.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 후면 투사 광학 렌즈 시스템은 영상 정보를 갖는 광을 출력하기 위한 sFPD와, 상기 영상 정보를 수신하여 이미지 형성을 위한 초점을 형성하기 위한 투사 광학 렌즈 시스템, 상기 렌즈 시스템으로부터의 광을 반사시키기 위한 반사경, 및 상기 반사경으로부터의 광을 이용하여 이미지를 형성하는 스크린을 포함하는 후면 투사 광학 시스템에 있어서, 상기 투사 광학 렌즈 시스템은 부(negative)의 굴절력을 가지는 제1렌즈군 및 정(positive)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군과; 상기 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군 사이에 설치되는 전반사 렌즈; 및 상기 전반사 렌즈 및 제2 렌즈군 사이에 설치되는 가변 조리개를 포함하고, 상기 가변 조리개는 액츄에이터에 의하여 조리개의 크기를 조절할 수 있는 초 광각의 투사 광학 렌즈 시스템이 된다.According to another aspect of the present invention, a rear projection optical lens system includes an sFPD for outputting light having image information, a projection optical lens system for receiving the image information to form a focal point for forming an image, and from the lens system. A rear projection optical system comprising a reflector for reflecting light of a light and a screen for forming an image using light from the reflector, wherein the projection optical lens system comprises a first lens group having negative refractive power And a second lens group having positive refractive power; A total reflection lens provided between the first lens group and the second lens group; And a variable aperture installed between the total reflection lens and the second lens group, wherein the variable aperture becomes an ultra wide-angle projection optical lens system capable of adjusting the size of the aperture by an actuator.
상기 sFPD는 LCD, DLP, LCoS 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The sFPD is characterized in that any one of LCD, DLP, LCoS.
이하, 본 발명에 따른 렌즈 시스템은 실시 예로서 첨부된 도면을 이용하여 상세하게 설명된다. 제시된 실시 예는 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the lens system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as an embodiment. The examples presented are exemplary and are not intended to limit the scope of the invention.
본 명세서에서 "초광각 렌즈"는 표준 렌즈에 비해 초점거리가 짧고 그리고 넓은 화각을 가지는 광각 렌즈 중에서도 특별히 초점 거리가 21 mm 내지 14.15 mm 정도의 초점 거리를 가지며 화각이 85도 넘는 렌즈를 말한다. 일반적으로 표준 렌즈는 화각이 46 내지 47도 정도이며 초점 거리가 38 mm 내지 58 mm가 되는 렌즈를 말한다. 그리고 본 발명에서 특별히 명시하지 않는 한 렌즈는 초광각 렌즈를 의미한다. As used herein, the term “ultra wide angle lens” refers to a lens having a focal length of 21 mm to 14.15 mm and a focal length of more than 85 degrees, especially among wide angle lenses having a shorter focal length and a wider angle of view than a standard lens. Generally, a standard lens refers to a lens having an angle of view of about 46 to 47 degrees and a focal length of 38 mm to 58 mm. In addition, unless otherwise specified in the present invention, a lens means an ultra wide-angle lens.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투사 광학 렌즈 시스템을 도시한 것이다.1 illustrates a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 렌즈 시스템은 광축(OX) 위에 배열된 제1 렌즈군(11) 및 제2 렌즈군(12)을 포함한다. 상기 제1 렌즈군(11)은 물체 방향, 예를 들어 입력 광 방향으로 볼록한 음(negative)의 비구면 플라스틱 단 렌즈 2매로 포함한다. 아래에서 각각의 렌즈의 곡률 반경은 rx로 표시되고 그리고 각각의 렌즈의 두께 및 공기간격은 dx로 표시된다. 상기에서 x는 임의의 해당 렌즈의 숫자를 나타낸다. 제2 렌즈군(12)은 양(positive)의 굴절력을 가지는 2겹 렌즈(Doublet Lens), 플라스틱 렌즈, 음(negative)의 굴절력을 가지는 2겹 렌즈 및 양의 굴절력을 가지는 2매의 구면 단 렌즈가 차례대로 배열되어 있다. 즉 제2 렌즈군(12)은 총 7매의 렌즈들이 위에서 제시된 순서대로 배열되어 있다. 상기 제1 렌즈군(11) 및 제2 렌즈군(12) 사이에는 광 경로의 변환을 위한 전반사 거울이 설치될 수 있고, 상기 전 반사 거울 및 제2 렌즈군(12) 사이에는 가변 조리개가 설치될 수 있다. 상기 조리개는 액츄에이터에 의하여 크기가 변화될 수 있으며 도 1에서는 가변 조리개의 정지 위치가 도시되어 있다. As shown in FIG. 1, the lens system according to the present invention includes a
제1 렌즈군(11) 및 제2 렌즈군(12)은 초광각 렌즈로서 아래의 조건을 만족하도록 형성된다.The
3.5 < bf1/f1 < 5.0 … … 조건식 (1)3.5 <bf1 / f1 <5.0.. … Conditional Expression (1)
0.55 < | f1/f2 | < 075 … … 조건식 (2)0.55 <| f1 / f2 | <075. … Conditional Expression (2)
8.0 < d8/f1 < 12.0 … … 조건식 (3), 8.0 <d8 / f1 <12.0... … Conditional formula (3),
상기에서 bfl은 뒤초점 거리(back focal length), f1은 렌즈 전체의 초점 거리, f2는 제2군의 초점 거리 그리고 d8은 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군 사이의 공기 간격을 나타낸다. In the above description, bfl represents a back focal length, f1 represents a focal length of the entire lens, f2 represents a focal length of the second group, and d8 represents an air gap between the first lens group and the second lens group.
조건식 (1)은 bf1 및 f1의 비, 즉 레트로(Retro) 비에 관한 조건이 되고 본 발명에 따른 투사 렌즈 시스템이 설치될 수 있는 크기를 결정한다. 상기 레트로비가 만약 상한 값인 5.0을 초과하는 경우 투사 렌즈 시스템이 필요 이상으로 커지므로 수차 보정이 어려워진다. 그리고 다른 한편으로 하한 값인 3.5 이하가 되면 시스템을 설계하는 경우 수차 특성 및 광학 성능은 향상되지만 공기 간격이 좁아져서 색 합성을 위한 시스템의 삽입 공간이 감소되어 시스템 구성이 불가능하게 된다. 따라서 레트로 비는 주어진 조건식 (1)을 만족시켜야한다.Conditional expression (1) becomes a condition regarding the ratio of bf1 and f1, that is, the Retro ratio, and determines the size at which the projection lens system according to the present invention can be installed. If the retro ratio exceeds the upper limit of 5.0, the aberration correction becomes difficult because the projection lens system becomes larger than necessary. On the other hand, if the lower limit is less than 3.5, the aberration characteristics and optical performance will be improved when designing the system, but the air gap will be narrowed, which reduces the insertion space of the system for color synthesis, making the system impossible. Therefore, the retro ratio must satisfy the given conditional expression (1).
그리고 조건식 (2)는 제1 렌즈군(11) 및 제2 렌즈군(12) 사이의 굴절력과 관련된다. 만약 주어진 조건을 만족시키지 못하고 하한 값보다 작은 값을 가지게 되는 경우에는 제1 렌즈군(11)의 굴절력이 강해져 투사 렌즈의 소형화 및 투사 렌즈를 초 광각 렌즈로 만드는 면에서는 유리하지만 제 1렌즈의 r2 면이 반구에 가깝게 되어 생산이 불가능하게 된다는 문제가 발생한다. 뿐만 아니라 페츠발 합(Petzval Sum)이 음의 방향으로 증가하고, 상면 만곡이 크게 되는 단점을 가진다. 다른 한편으로 f1/f2가 상한 값 이상이 되면 제2 렌즈군(11)의 굴절력이 약해져서 구면 수차 보정에 따른 코마(Coma) 수차 발생이 증가한다는 문제가 발생한다. 그러므로 |f1/f2|는 주어진 값을 만족하여야 한다. And conditional expression (2) relates to the refractive power between the
또한, 조건식 (3)은 제1 렌즈군(11) 및 제2 렌즈군(12) 사이의 공기 간격과 관련된다. 만약 d8/f1이 하한 값보다 작아진다면, 공기 간격이 감소하게 되고 이로 인하여 제1 렌즈군(11) 및 제2 렌즈군(12) 사이에 전반사 거울을 설치할 수 없게 된다. 다른 한편으로 만약 d8/f1이 상한 값 이상으로 되면 필요 이상으로 투사 렌즈 시스템이 길어지게 되고 이로 인하여 전체 시스템의 박형화가 어렵다는 문제가 발생하게 된다. 그러므로 본 발명에 따른 광학 렌즈 시스템은 주어진 조건식 (3)을 만족시켜야 한다. Also, conditional expression (3) relates to the air gap between the
위에서 설명한 것과 같은 조건식 (1), (2) 및 (3)을 만족하는 본 발명에 따른 투사 광학 렌즈 시스템에서는 초점을 형성하는 것(focusing)은 제1 렌즈군(11) 또는 제2 렌즈군(12)을 전후로 이동하여 이미지가 형성되는 면을 보정하는 방법으로 이루어진다. 다른 가능한 방법으로는 제2 렌즈군(12)의 일부 렌즈를 전후로 이동시키는 방법이 가능하다. 본 발명에 따른 L-형태의 렌즈의 경우 렌즈 전체를 움직여 이미지가 형성되는 면을 보정하는 것과 같은 렌즈 초점 형성(Lens focusing) 방법은 적절하지 않다. 이는 본 발명에 따른 투사 광학 렌즈 시스템에서 렌즈 초점 형성 방법이 적용되면 투사 렌즈의 위치에 따라 스크린 중심과 이미지 형성 면의 중심이 일치하지 않을 수 있고, 그리고 스크린 위에 투영된 영상이 상하로 이동하여 스크린을 벗어 날 수 있다는 단점을 가진다. 그러므로 이를 보정하기 위한 별도의 정렬 장치(Align Apparatus)가 필요하게 되며, 이로 인하여 생산 단가 상승 및 생산성 감소라는 문제점을 발생시키게 된다. In the projection optical lens system according to the present invention that satisfies the conditional expressions (1), (2) and (3) as described above, focusing is performed by the
아래에서 본 발명에 따른 투사 광학 렌즈 시스템에서 적용될 수 있는 도 1에 도시된 제1 렌즈군(11) 및 제2 렌즈군(12)의 각각의 렌즈면의 곡률 반경(rx), 렌즈 사이의 간격(dx) 및 렌즈의 굴절률에 대한 실시 예를 표 1로 예시하였다. 표 1에서 제시된 실시 예에서 초점 거리 f = 1.0 mm, F수(F number) = 2.9 그리고 2ω = 85.88도가 된다. ω는 투사 렌즈 시스템과 스크린 사이의 화각을 나타낸다. The radius of curvature rx of the respective lens surfaces of the
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비구면 렌즈의 형상에 대한 계수 값을 표 2로 나타내었다. Table 2 shows coefficient values for the shape of the aspherical lens.
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홀수항에 대한 비 구면식은 아래와 같이 표시된다:The nonspherical equations for odd terms are given by:
Z = Cr2/(1 + (1-(1+K)× c2× r2)1/2) + AR1× r + AR2 × r2 + AR3× r3… …Z = Cr 2 / (1 + (1- (1 + K) x c 2 x r 2 ) 1/2 ) + AR1 x r + AR2 x r 2 + AR3 x r 3 . …
상기에서 r2 = x2 + y2가 된다. Where r 2 = x 2 + y 2 .
위에서 이미 설명한 것처럼 전반사 거울 및 제2 렌즈군(12) 사이에는 가변 조리개가 설치된다. 상기 조리개의 형태는 도 2에 도시되어 있다. As described above, a variable aperture is provided between the total reflection mirror and the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투사 광학 렌즈 시스템에 적용되는 조리개를 도시한 것이다. 2 illustrates an aperture applied to a projection optical lens system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 조리개는 (가)와 같이 원형의 형태(20) 또는 (나)와 같이 주걱 형태(20a)가 될 수 있다. 일반적으로 조리개(20, 20a)는 렌즈 안에 내장되어 있으며 f-스톱(f-stop) 또는 f-넘버(f-number)로 되고 통과하는 광량을 조절하기 위하여 사용된다. 본 발명에 따른 투사 광학 렌즈 시스템에서는 조리개(20, 20a)는 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군 사이에 설치되고 도 1에 조리개 스톱으로 조리개(20, 20a)의 설치 위치가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 조리개(20, 20a)는 액츄에이터(도 3참조)에 의하여 가변되어 광량을 조절할 수 있다는 점에 특징을 가진다. 도 2의 (가)에 도시된 것처럼 원형의 조리개는 2개 이상의 날개를 포함하여 광량을 조절할 수 있다. 반면에 도 2의 (나)에 도시된 것처럼 주걱 형태의 조리개는 하나의 날개로서 광량 또는 f-수를 조절한다. 본 발명에 따른 조리개(20, 20a)의 크기 조절 또는 f-스톱의 조절은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 2, the diaphragm according to the present invention may have a
본 발명에 따른 투사 광학 렌즈 시스템은 제1 렌즈군, 제2 렌즈군, 전반사 거울 및 가변 조리개를 포함한다. 도 3에는 본 발명에 따른 투사 광학 렌즈 시스템에 대한 실시 예가 도시되어 있다. The projection optical lens system according to the present invention includes a first lens group, a second lens group, a total reflection mirror and a variable aperture. 3 illustrates an embodiment of a projection optical lens system according to the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투사 광학 렌즈 시스템의 구조의 예를 도시한 것이다. 3 shows an example of the structure of a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 마이크로 디바이스(도시되지 않음)의 영상 정보는 제1 렌즈군(11)으로 입력된다. 제1 렌즈군(11)은 비-구면렌즈로 이루어져 있어 상기 입사된 광에 대하여 구면 수차를 보정하게 된다. 이와 동시에 음의 굴절률을 가지고 있어 코마수차 및 비점수차를 보정하고 그리고 2매의 렌즈를 이용하여 색수차를 보정하게 된다. 제1 렌즈군(11)을 투과한 입사광은 전반사 거울(30)에서 반사되어 조리개(13)를 통과하게 된다. 전반사 거울(30)은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 반사율을 높이기 위하여 박막 코팅이 이루어질 수 있다. 전반사 거울(30)은 광 경로 변환이 일정한 각 범위에서 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 광 진행 방향의 축, 즉 전반사 거울(30)에 입사하는 광 및 반사하는 광의 각도가 광축을 기준으로 30도 내지 90의 범위에서 이루어지도록 전반사 거울(30)이 설치될 수 있다. 이는 전체 투사 시스템의 크기, 다른 구성요소, 예를 들어 반사경(도 4참조) 및 스크린과 같은 것들을 고려하여 결정될 수 있다. 도 2와 관련하여 설명한 것처럼 본 발명에 따른 조리개(13)는 가변 조리개로서 원형 또는 주걱 형태가 될 수 있다. 조리개(13)의 크기는 액츄에이터(actuator)(31)에 의하여 조절된다. 조리개(13)에 의하여 광량이 조절되어 제2 렌즈군(12)으로 입사된 영상 정보를 가진 광은 먼저 양의 굴절력을 가진 2겹의 렌즈에 의하여 초점을 형성하기 위하여 굴절이 된 광은 다음으로 비구면 플라스틱 렌즈에 의하여 비점 수차 보정 및 상면 만곡(field curvature) 보정이 된다. 그리고 음의 굴절력을 가진 2겹 렌즈에 의하여 코마수차 및 색수차 보정이 된다. 이와 같이 이미지 형성을 위하여 필요한 보정이 이루어진 입사광은 마지막으로 제2렌즈(12)의 양의 굴절력을 가진 2매의 렌즈에 의하여 색수차가 보정이 됨과 동시에 이미지 형성을 위한 필요한 굴절률을 가지게 된다. 이와 같이 필요한 이미지의 형성을 위한 필요한 보정이 된 영상 정보를 갖는 광은 스크린(도시되지 않음) 위에서 영상을 형성하게 된다. 스크린 위에 영상을 형성하는 과정은 도 4에 도시되어 있다. Referring to FIG. 3, image information of a micro device (not shown) is input to the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투사 광학 렌즈 시스템을 투사 광학 시스템에 적용된 실시 예를 도시한 것이다. 4 illustrates an embodiment in which a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention is applied to a projection optical system.
도 4를 참조하면, 마이크로 디바이스(도시되지 않음)로부터 입사된 영상정보를 갖는 광은 본 발명에 다른 투사 광학 렌즈 시스템(40)으로 입력이 된다. 렌즈 시스템(40)은 입사된 광에 대하여 필요한 먼저 제1 렌즈군을 이용하여 구면 수차 및 색수차 보정이 이루어진다. 그리고 가변 조리개를 이용하여 광량이 조절되어 밝기가 조절된다. 위에서 설명한 것처럼 상기 가변 조리개는 액츄에이터에 의하여 크기가 조정된다. 한편 광량이 조절된 입사광은 전반사 거울에 의하여 광 경로가 변화되어 제2 렌즈군으로 입사된다. 그리고 제2 렌즈군은 입사된 상기 빛에 대하여 비점 수차 및 코마수차 보정을 하고 아울러 색수차 및 구면 수차 보정을 한다. 그리고 양의 굴절력을 가진 렌즈에 의하여 이미지 형성을 위하여 입사광을 굴절시킨다. 제1 렌즈군 또는 제2 렌즈군은 전부 또는 일부가 전후로 이동할 수 있도록 설치된다. 만약 초점 형성이 필요하다면 제1 렌즈군 또는 제2 렌즈군의 전부 또는 일부를 전후로 이동시켜 초점 형성을 조절할 수 있다. 이러한 제1 렌즈군 또는 제2 렌즈군의 전부 또는 일부의 이동은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. 제2 렌즈군을 경유한 입사광은 후면 반사경(41)에 입사되어 스크린(42)에 필요한 이미지를 형성한다. 후면 반사경(41)은 필요한 경우 이 분야에서 공지된 방법에 따라 전반사 박막 코팅이 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 4, light having image information incident from a micro device (not shown) is input to a projection
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시에 따른 투사 광학 렌즈 시스템의 렌즈 수차를 그래프로서 도시한 것이다. 5A and 5B graphically illustrate lens aberrations of a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention.
도 5a의 (가)는 길이 방향으로 구면 수차(Spherical Aberration)를 도시한 것이며 (나)는 비점수차(astigmatism), 그리고 (다)는 왜곡(distortion)을 각각 도시한 것이다. 도시된 그래프에서 CR은 적색(Red) 파장, CG는 녹색(Green) 파장 그리고 CB는 청색(Blue) 파장을 나타내고 적색(R) 파장은 620 nm, 녹색(G) 파장은 546 nm 그리고 청색(B) 파장에 대해서는 450 nm를 이용하여 측정하였다. 각각의 그래프에서 가로축은 밀리미터(mm) 단위를 나타내고 초점이 기준이 된다. 5A shows spherical aberration in the longitudinal direction, (B) shows astigmatism, and (C) shows distortion. In the graph shown, CR represents the red wavelength, CG represents the green wavelength, and CB represents the blue wavelength, red (R) wavelength is 620 nm, green (G) wavelength is 546 nm and blue (B). ) Wavelength was measured using 450 nm. In each graph, the horizontal axis represents millimeters (mm) and the focus is the reference.
도 5a를 참조하면, 구면 수차는 거리가 멀어지면서 보정됨을 알 수 있고 3.0 mm 이상에서는 오차값이 미미함을 알 수 있다. 그리고 비점수차 및 왜곡은 적색(R) 파장 및 청색(B) 파장에 대해서는 인지할 수 없을 정도로 나타나고 녹색(G) 파장에 대해서는 미미하게 나타난다. Referring to FIG. 5A, it can be seen that the spherical aberration is corrected as the distance increases, and the error value is insignificant above 3.0 mm. Astigmatism and distortion are unrecognizable for the red (R) and blue (B) wavelengths and insignificant for the green (G) wavelengths.
위와 같이 본 발명에 따른 투사 광학 렌즈 시스템은 명확한 이미지가 스크린에 형성하도록 하여 명암비가 개선되도록 할 수 있다는 것을 알 수 있다.As described above, it can be seen that the projection optical lens system according to the present invention can improve the contrast ratio by forming a clear image on the screen.
도 5b는 본 발명의 실시에 따른 투사 광학 렌즈 시스템의 광선 수차(Ray Aberration)를 도시한 것이다.FIG. 5B illustrates Ray Aberration of a projection optical lens system according to an embodiment of the present invention.
각각의 그래프에서 CR,CG 및 CB는 각각 적색(Red) 파장, 녹색(Green) 및 청색(Blue) 파장을 나타내고 사용된 파장은 각각 620 nm, 546 nm 및 450 nm이다. In each graph, CR, CG and CB represent Red wavelength, Green and Blue wavelength, respectively, and the wavelengths used are 620 nm, 546 nm and 450 nm, respectively.
도 5b를 살펴보면 녹색 광에 대해서는 수차가 나타나지 않거나 미미하고 적색 및 청색 파장에 대해서는 수차가 거리에 따라 양에서 음으로 또는 음에서 양으로 변한다는 것을 알 수 있다. 도 5b에서 (x, y)는 측정 위치를 나타내고 상대 필드(RELATIVE FIELD)는 광각을 나타낸다. 사용된 단위는 밀리미터(mm)가 된다. Referring to FIG. 5B, it can be seen that aberration does not appear or is insignificant for green light and that aberration changes from positive to negative or negative to positive with respect to red and blue wavelengths. In FIG. 5B, (x, y) represents a measurement position and a relative field represents a wide angle. The unit used is millimeters (mm).
본 발명에 따른 투사 렌즈 광학 시스템은 가변 조리개를 적용함으로서 투사 광학 시스템, 특히 sFPD를 디바이스로 사용하는 후면 투사 텔레비전 시스템에서 시스템의 명암 비를 조절할 수 있도록 하여 화질을 개선시킬 수 있도록 한다. The projection lens optical system according to the present invention can improve the image quality by adjusting the contrast ratio of the system in the projection optical system, especially the rear projection television system using the sFPD as a device by applying a variable aperture.
위에서 본 발명에 따른 투사 광학 렌즈 시스템은 실시 예로서 상세하게 설명하였다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로서 이 분야의 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예로부터 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며, 다만 아래의 특허청구범위에 의하여만 제한된다.
The projection optical lens system according to the present invention has been described above in detail by way of example. The presented embodiments are exemplary and can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the technical spirit of the present invention. The invention is not limited by the invention as such variations and modifications, but only by the claims below.
Claims (11)
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