KR101217745B1 - 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛 - Google Patents

피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 플라스틱 렌즈와 하나의 유리 렌즈를 배열함으로써 피코 프로젝터 내부에서 발생하는 열에 의한 초점 거리 변화를 최소화할 수 있도록 하는 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛은, 렌즈 어레이, 필드 렌즈, 커버 글래스 및 이미지 패널로 이루어진 프코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛에 있어서,
상기 렌즈 어레이는 화상이 투영되는 스크린 측으로부터 차례대로 배치된 제 1 내지 제5 렌즈를 포함하고,
제 1 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 2 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 3 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 4 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 5 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 상기 제1 내지 제4 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 상기 제 5 렌즈는 유리 렌즈인 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛{Projection Lens Unit for Pico-Projector}
본 발명은 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛에 관한 것으로, 구체적으로는 복수의 플라스틱 렌즈와 하나의 유리 렌즈를 배열함으로써 피코 프로젝터 내부에서 발생하는 열에 의한 초점 거리 변화를 최소화할 수 있도록 하는 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛에 관한 것이다.
최근 가장 중요한 이슈로 떠오르고 있는 대화면, 고화질의 디스플레이 장치로 개발되어 상용화되어 있는 표시장치인 프로젝터는 디스플레이 소자에서 형성된 화상을 광원에서 조사된 광을 이용하여 스크린에 투사함으로써 영상을 표시한다.
이러한 프로젝터는 최근 피코 프로젝터(pico projector)라는 명칭으로 초소형으로 개발되어, 휴대폰, 노트북, PMP 등의 휴대용 단말기 또는 데스크톱 컴퓨터 등의 고정형 단말기의 내부 또는 외부에 장착된다.
피코 프로젝터용 렌즈를 설계하는데 있어서 중요한 것은, 경제성을 고려하여 저비용이어야 하며, 경량이면서, 왜곡 및 배율 색수차는 적어야하며, 상대적으로 긴 백 포커스 길이(Back Focus Length, BFL)를 충족해야한다.
일례로, 도 1은 전장의 길이가 60mm 정도인 종래의 미니 프로젝트용 렌즈 유닛을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 미니 프로젝터용 렌즈 유닛(100)은 7매의 렌즈로 구성된 렌즈 어레이(10), 색합성을 위한 프리즘(20), 커버 글래스(30), 및 이미지 패널(40)을 포함하고, 렌즈 어레이(10)의 제1 렌즈(11)로부터 제7렌즈(17)까지의 길이를 전장 길이라고 불리고, 제7 렌즈(17)(최종 배치된 렌즈)로부터 이미지 패널(40)까지의 길이를 백포커스 길이(BFL)라고 불린다.
이러한 피코 프로젝터의 제조 비용을 낮추고, 중량을 줄이기 위해 플라스틱 재질의 렌즈 어레이를 사용할 경우 피코 프로젝터 내부에서 발생하는 열에 의해 초점거리가 변화하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 피코 프로젝터에서 발생하는 열에 대해 안정적인 초점거리를 유지할 수 있는 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛은, 렌즈 어레이, 필드 렌즈, 커버 글래스 및 이미지 패널로 이루어진 프코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛에 있어서,
상기 렌즈 어레이는 화상이 투영되는 스크린 측으로부터 차례대로 배치된 제 1 내지 제5 렌즈를 포함하고,
제 1 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 2 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 3 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 4 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 5 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 상기 제1 내지 제4 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 상기 제 5 렌즈는 유리 렌즈인 것을 구성적 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛은, 렌즈 어레이, 필드 렌즈, 커버 글래스 및 이미지 패널로 이루어진 프코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛에 있어서,
상기 렌즈 어레이는 화상이 투영되는 스크린 측으로부터 차례대로 배치된 제 1 내지 제4 렌즈를 포함하고,
제 1 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 2 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 3 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
제 4 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 상기 제 4 렌즈는 유리 렌즈인 것을 구성적 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛은 내부 광원에서 발생하는 열에 대해 전체 초점거리를 안정적으로 유지할 수 있어, 스크린에 투사되는 영상이 선명하고 일정하게 유지된다.
도1은 종래의 피코 프로젝트용 렌즈 유닛을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명에 따르는 피코 프로젝트용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
도4는 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛은 복수의 플라스틱 렌즈와 하나의 유리 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이 중 플라스틱 렌즈들을 두 개의 그룹으로 나누어, 각 그룹의 합성된 유효 초점거리의 절대값의 크기는 유사하고, 합성된 유효초점거리의 부호는 반대가 되도록 조정함으로써 피코 프로젝터 내부에서 발생하는 열에 의해 플라스틱 렌즈들의 초점거리가 변화하는 것을 방지할 수 있다.
표1은 종래의 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도가 20℃ 인 경우, 렌즈 어레이의 제 1 내지 제 5 렌즈의 초점 거리를 나타낸 표이다. 표1의 초점 거리를 갖는 렌즈 어레이는 부(-)의 굴절능을 갖는 제 1 렌즈, 정(+)의 굴절능을 갖는 제 2 렌즈, 정(+)의 굴절능을 갖는 제 3 렌즈, 부(-)의 굴절능을 갖는 제 4 렌즈, 정(+)의 굴절능을 갖는 제 5 랜즈로 구성되고, 제 1 렌즈와 제 4 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 제 2 렌즈와 제 3 렌즈는 유리 렌즈이다.
렌즈번호 면 번호 초점 거리
L01 1-2 -9.118481
L02 3-4 6.908526
L03 5-6 13.708476
L04 7-8 -4.606706
L05 9-10 7.142400
필드렌즈 11-12 13.967408
표2는 종래의 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도가 50℃로 상승한 경우, 렌즈 어레이의 제 1 내지 제 5 렌즈의 변화된 초점 거리를 나타낸 표이다.
렌즈번호 면 번호 초점 거리
L01 S1-S2 -9.16957
L02 S3-S4 6.90915
L03 S5-S6 13.711
L04 S7-S8 -4.63625
L05 S9-S10 7.14279
필드렌즈 S11-S12 13.9672
표3은 종래의 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도 변화에 따른 유효초점거리의 변화를 나타내는 표이다.
렌즈번호
 면 번호
 유효 초점 거리(EFL) ΔEFL
20℃ 50℃
L01, L02 S1.. S4 14.9712 14.8492 -0.122
L03, L04 S5.. S8 -8.99206 -9.08769 -0.09563
계 -0.21763
제 5 렌즈와 필드 렌즈 사이의 BFL은 20℃인 경우 7.10000000000mm이고, 50℃인 경우는 6,86190356451757mm이다. 따라서, 온도에 대한 BFL의 변화량은 약 8㎛/℃로, 열에 의한 BFL의 변화가 크며, 따라서, 열에 의한 성능 저하의 정도가 큰 것을 알 수 있다.
도2는 본 발명에 따르는 피코 프로젝트용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따르는 바람직한 일 실시예에서, 렌즈 어레이(220), 필드 렌즈(250), 커버 글래스(230) 및 이미지 패널(240)로 이루어진 피코 프로젝트용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이(220)는, 화상이 투영되는 스크린 측으로부터 차례대로 배치된 제 1 내지 제 5 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)를 포함한다.
이때, 제 1 렌즈(L1)는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 2 렌즈(L2)는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 3 렌즈(L3)는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 4 렌즈(L4)는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 5 렌즈(L5)는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이다. 이때, 제 1 렌즈 내지 제 4 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 제 5 렌즈는 유리 렌즈이다.
표4는 도2의 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도가 20℃ 인 경우, 렌즈 어레이(220)의 제 1 내지 제 5 렌즈의 초점 거리를 나타낸 표이다.
렌즈번호 면 번호 초점 거리
L1 S1-S2 -19.264410
L2 S3-S4 5.407018
L3 S5-S6 -14.612166
L4 S7-S8 -6.534655
L5 S9-S10 7.812191
필드렌즈(250) S11-S12 13.967517
표5는 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도가 50℃로 상승한 경우, 렌즈 어레이(220)의 제 1 내지 제 5 렌즈의 변화된 초점 거리를 나타낸 표이다.
렌즈번호 면 번호 초점 거리
L1 S1-S2 -19.3516
L2 S3-S4 5.44657
L3 S5-S6 -14.7077
L4 S7-S8 -6.57616
L5 S9-S10 7.81261
필드렌즈(250) S11-S12 13.967517
표6은 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도 변화에 따른 유효초점거리의 변화를 나타내는 표이다.
렌즈번호
 면 번호
 유효 초점 거리(EFL) ΔEFL
20℃ 50℃
L1, L2 S1.. S4 5.71936 5.77039 0.05103
L3, L4 S5.. S8 -4.44031 -4.4699 -0.02959
계 -0.02144
제 5 렌즈(L5)와 필드 렌즈(250) 사이의 BFL은 20℃인 경우 7.10000000000이고, 50℃인 경우는 7.11605148901745mm이다. 따라서, 온도에 대한 BFL의 변화량은 약 0.52㎛/℃로, 열에 의한 BFL의 변화가 작으며, 따라서, 열에 의한 성능 저하의 정도가 미미한 것을 알 수 있다.
도3은 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따르는 바람직한 일 실시예에서, 렌즈 어레이(320), 필드 렌즈(350), 커버 글래스(330) 및 이미지 패널(340)로 이루어진 피코 프로젝트용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이(320)는, 화상이 투영되는 스크린(S) 측으로부터 차례대로 배치된 제 1 내지 제 4 렌즈를 포함한다.
이때, 제 1 렌즈(L1)는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 2 렌즈(L2)는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 3 렌즈(L3)는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 4 렌즈(L4)는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈로 구성한다.
이때, 제 1 렌즈 내지 제 3 렌즈(L1, L2, L3)는 플라스틱 렌즈이고, 제 4 렌즈(L4)는 양볼록(biconvex) 유리렌즈이다.
표7은 도3의 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도가 20℃ 인 경우, 렌즈 어레이(320)의 제 1 내지 제 4 렌즈의 초점 거리를 나타낸 표이다.
렌즈번호 면 번호 초점 거리
L1 S1-S2 -18.611838
L2 S3-S4 8.053367
L3 S5-S6 -9.211764
L4 S7-S8 13.000000
필드렌즈(350) S9-S10 21.292183
표8은 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도가 50℃로 상승한 경우, 렌즈 어레이(320)의 제 1 내지 제 4 렌즈의 변화된 초점 거리를 나타낸 표이다.
렌즈번호 면 번호 초점 거리
L1 S1-S2 -18.7213
L2 S3-S4 8.11249
L3 S5-S6 -9.26631
L4 S7-S8 13.0011
필드렌즈(350) S9-S10 21.2928
표9는 본 발명에 따르는 렌즈 어레이(320)의 플라스틱 렌즈(L1, L2, L3) 부분을 두 그룹, 즉 L1-L2 그룹 및 L3 그룹으로 나눠, 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도 변화에 따른 각 그룹의 유효초점거리의 변화를 나타내는 표이다.
렌즈번호
 면 번호
 유효 초점 거리(EFL) ΔEFL
20℃ 50℃
L1, L2 S1.. S4 10.2592 10.3529 0.0937
L3 S5.. S6 -9.21176 -9.26631 -0.05455
계 -0.03915
제 4 렌즈(L4)와 필드 렌즈(350) 사이의 BFL은 20℃인 경우 7.93578775464861mm이고, 50℃인 경우는 7.96847819902517mm이다. 따라서, 온도에 대한 BFL의 변화량은 약 1.63㎛/℃로, 열에 의한 BFL의 변화가 작으며, 따라서, 열에 의한 성능 저하의 정도가 미미한 것을 알 수 있다.
도4는 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따르는 바람직한 일 실시예에서, 렌즈 어레이(420), 필드 렌즈(450), 커버 글래스(430) 및 이미지 패널(440)로 이루어진 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이(420)는, 화상이 투영되는 스크린(S) 측으로부터 차례대로 배치된 제 1 내지 제 4 렌즈(L1, L2, L3, L4)를 포함한다.
이때, 제 1 렌즈(L1)는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 2 렌즈(L2)는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 3 렌즈(L3)는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 제 4 렌즈(L4)는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈로 구성한다.
이때, 제 1 렌즈 내지 제 3 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 제 4 렌즈는 평면-볼록(plano-convex) 유리렌즈이다.
표10은 도4의 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도가 20℃ 인 경우, 렌즈 어레이(420)의 제 1 내지 제 4 렌즈의 초점 거리를 나타낸 표이다.
렌즈번호 면 번호 초점 거리
L1 S1-S2 -14.914166
L2 S3-S4 7.294498
L3 S5-S6 -8.907194
L4 S7-S8 12.987345
필드렌즈(450) S9-S10 21.292183
표11은 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도가 50℃로 상승한 경우, 렌즈 어레이(420)의 제 1 내지 제 4 렌즈의 변화된 초점 거리를 나타낸 표이다.
렌즈번호 면 번호 초점 거리
L1 S1-S2 -15.0082
L2 S3-S4 7.34753
L3 S5-S6 -8.96125
L4 S7-S8 12.988
필드렌즈(450) S9-S10 21.2928
표12는 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 내부 온도 변화에 따른 유효초점거리의 변화를 나타내는 표이다.
렌즈번호
 면 번호
 유효 초점 거리(EFL) ΔEFL
20℃ 50℃
L1, L2 S1.. S4 9.88051 9.96964 0.08913
L3 S5.. S6 -8.90719 -8.96125 -0.05406
계 -0.03507
제 4 렌즈(L4)와 필드 렌즈(450) 사이의 BFL은 20℃인 경우 8.05169659897082이고, 50℃인 경우는 7.96847819902517mm이다. 따라서, 온도에 대한 BFL의 변화량은 약 1.69㎛/℃로, 열에 의한 BFL의 변화가 작으며, 따라서, 열에 의한 성능 저하의 정도가 미미한 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르는 피코 프로젝터용 렌즈 유닛의 렌즈 어레이 중 플라스틱 렌즈로 구성된 부분을 두 개의 그룹으로 분류하여, 두 그룹 각각의 합성된 유효 초점 거리의 절대값이 서로 유사하고, 부호는 서로 반대가 되도록 분배함으로써, 피코 프로젝터 내부에서 발생하는 열에 의해 플라스틱 렌즈들의 각각의 초점거리가 변화하더라도, 전체 합성 초점 거리가 변화하지 않도록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사항을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 렌즈 어레이, 필드 렌즈, 커버 글래스 및 이미지 패널로 이루어진 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 화상이 투영되는 스크린 측으로부터 차례대로 배치된 제 1 내지 제5 렌즈를 포함하고,
    제 1 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
    제 2 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
    제 3 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
    제 4 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
    제 5 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 상기 제 1 내지 제 4 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 상기 제 5 렌즈는 유리 렌즈인 것을 특징으로 하는
    피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 5 렌즈의 촛점거리를 각각 f1, f2, f3, f4, f5라고 할 때,
    상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 합성 초점 거리 f1-2와 상기 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈의 합성 초점 거리 f3-4는 서로 반대의 부호를 갖는 것을 특징으로 하는
    피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 5 렌즈와 상기 필드 렌즈 사이의 BFL(Back Focal Length, 후초점거리)의 온도에 대한 변화율은 0.52㎛/℃인 것을 특징으로 하는
    피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛.
  4. 렌즈 어레이, 필드 렌즈, 커버 글래스 및 이미지 패널로 이루어진 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 화상이 투영되는 스크린 측으로부터 차례대로 배치된 제 1 내지 제4 렌즈를 포함하고,
    제 1 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
    제 2 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
    제 3 렌즈는 부(-)의 굴절능을 갖는 렌즈이고,
    제 4 렌즈는 정(+)의 굴절능을 갖는 렌즈이고, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈는 플라스틱 렌즈이고, 상기 제 4 렌즈는 유리 렌즈인 것을 특징으로 하는
    피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 4 렌즈는 양볼록(biconvex) 렌즈 또는 평면-볼록(plano-convex) 렌즈인 것을 특징으로 하는
    피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 렌즈의 촛점거리를 각각 f1, f2, f3, f4라고 할 때,
    상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 합성 초점 거리 f1-2와 상기 제 3 렌즈의 초점 거리f3는 서로 반대의 부호를 갖는 것을 특징으로 하는
    피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 4 렌즈가 양볼록 렌즈일 경우,
    상기 제 4 렌즈와 상기 필드 렌즈 사이의 BFL(Back Focal Length, 후초점거리)의 온도에 대한 변화율은 1.63㎛/℃인 것을 특징으로 하는
    피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 4 렌즈가 평면-볼록 렌즈일 경우,
    상기 제 4 렌즈와 상기 필드 렌즈 사이의 BFL(Back Focal Length, 후초점거리)의 온도에 대한 변화율은 1.69㎛/℃인 것을 특징으로 하는
    피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛.
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