KR19980041716A

KR19980041716A - 투사렌즈

Info

Publication number: KR19980041716A
Application number: KR1019970016370A
Authority: KR
Inventors: 자콥모스코비치
Original assignee: 존디. 루돌프; 유.에스.프리시젼 렌즈 인코포레이티드
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1997-04-29
Publication date: 1998-08-17
Also published as: JPH1096855A; US5841587A

Abstract

본 발명에는 LCD판넬과 함께 사용되는 투사렌즈가 제공되었다. 이 렌즈는 서로에 대해 오목하며, 렌즈의 개구 막힘과 인접해 있는 두개의 비구상 메니스커스 부품과 대부분의 렌즈의 정의 광학 배율을 부여하는 컬러-보정 이중렌즈를 가지고 있다.

상기 렌즈는 상기 컬러 보정 이중렌즈와 대향한 두개의 메니스커스 부품의 측면상에 위치한 약한 광학 배율의 비구상 보정기 렌즈부품을 함유할 수도 있다.

Description

투사렌즈

본발명은 투사렌즈(projection lens)에 관한 것으로 특히 액정 디스플레이(LCD)와 같은 피셀(pixel)로 구성된 대상물의 화상을 형성하도록 특히 사용될 수 있는 투사렌즈에 관한 것이다.

투사렌즈 시스템(projection lens system, 이하 투사시스템이라 함)은 화면 (viewing screen)상에 대상물의 화상을 형성하도록 하는데 사용된다. 이러한 시스템의 기본구조가 도 8에 도시되어 있는데 여기서 10은 텅스텐-할로겐 램프와 같은 빛원(light source)이고, 12는 상기 빛원의 화상(이하 발광시스템의 출력이라 함)을 형성하는 발광소자(illumination optics)이고, 14는 투사되는 대상물(즉, LCD 판넬의 온(on) 및 오프(off) 피셀(pixel)의 매트릭스)이고, 13은 투사렌즈로서 다수의 렌즈부품으로 구성되어 화면(16)에 대상물(14)의 확대된 화상을 형성한다.

대상물이 LCD 또는 다른 피셀화 판넬인 투사렌즈시스템이 데이터 디스플레이 시스템을 포함한 다양한 응용에 사용된다. 이러한 투사렌즈시스템은 바람직하기로는 예를들면 적색, 그린 및 블루 피셀을 가진 하나의 싱글 판넬 또는 각각의 색상에 대해 하나로서 별도의 세개의 판넬들의 화상을 형성하는 하나의 싱글 투사렌즈를 사용하는 것이다. 이하에서는 본발명이 다중(mutiple)판넬 및/또는 다른 타입의 피셀화 제품을 사용하는 시스템에도 사용될 수 있다는 것을 바탕으로 하나의 싱글 LCD판넬을 사용하는 투사렌즈시스템이라는 용어가 사용되었다.

피셀화 패널을 가진 투사렌즈는 미합중국특허공보, 4,189,211(테일러), 미합중국특허공보 5,042,929(다나카외), 미합중국특허공보, 5,179,473(야노외), 미합중국특허공보, 5,200,861(모스코비치), 미합중국특허공보, 5,218,480(모스코비치), 미합중국특허공보, 5,278,698(미즈카외), 미합중국특허공보, 5,313,330(베텐스크), 미합중국특허공보, 5,331,462(야노)을 포함한 다수의 특허에 기술되어 있다.

LCD 시스템에 관해서는 미합중국특허공보, 4,425,028(가그논외), 미합중국특허공보, 4,461,542(가그논), 미합중국특허공보, 4,826,311(레데부르), 유럽특허공보 311,116에 개시되어 있다.

본발명의 투사렌즈는 두개의 강력하게 굽어져 있고 대칭인 비구상 메니스커스(bent symmetrical aspherical meniscus)부품으로 구성되는데, 이 부품은 서로 마주보는 오목한 표면을 가지고 있으며, 이는 약한 배율(power)을 가지도록 하는 것이 바람직하고, 매니스커스와 인접하여, 즉 메니스커스 부품사이에 개구막힘(aperture stop)을 가지며, 상기 부품 앞에 또는 뒤에 정의 배율(positive power)의 칼러 보정 이중 렌즈(color correcting doublet)를 가지고 있다.

도 1 내지 도 7은 본발명에 따라 제조된 투사렌즈의 측면 개략도이다.

도 8은 본 발명의 투사렌즈가 사용된 전반적인 투사렌즈시스템을 도시하고 있는 개략도이다

이들 투사렌즈는 충분한 정도의 자유도(freedom)을 제공하여 만족할 만한 렌즈의 수차(aberration)의 보정을 얻을 수 있다. 상기 비구상 메니스커스 부품은 렌즈의 구상, 코마(coma) 및 시역 곡률 수차(field curvature aberration)에 대부분 플러스(positive)기여를 해서 강한 배율의 이중렌즈로부터 발생한 마이너스(negative)기여를 상쇄한다. 상기 칼러 보정 이중렌즈는 채색수차(chromatic aberration)의 필요한 보정과 대부분의 렌즈의 배율을 제공한다. 난시(astigmatism)의 보정은 비구상 표면과 배율그룹에 대한 개구막힘(aperture stop)의 위치와의 조합을 사용하여 달성된다. 상의 뒤틀림(distortion)을 보정하는데 대한 또다른 개선은 부가적인 비구상부품, 즉 하나 또는 그이상의 렌즈로 구성된 보정기(corrector)를 사용하여 달성된다.

비구상 메니스커스 부품이 컬러 보정 배율 이중렌즈의 대상물 측상에 배열될 경우 렌즈시스템의 초점길이(back focal length)는 전체적으로 상기 시스템의 초점길이와 거의 같거나 길어지는 경향이 있다. 반면에 상기 배율 이중렌즈가 주요부품(leading component)이면, 시스템의 후면 초점길이는 상기 시스템의 초점 길이에 비해서 아주 적은 경향이 있어 시스템은 거의 1의 텔리포토비율(telephoto ratio)을 부여한다.

배율이중렌즈의 초점길이는 각각의 비구상 메니스커스부품의 초점길이의 절대치보다 항시 더 작다. 상기 비구상 메지스커스 부품은 서로 같을 수 있다 .플라스틱으로 제조된 경우 이들 부품의 가격은 매우 낮어, 전체 렌즈는 결국 대량 생산으로 경제적으로 제조될 수 있다.

하기 실시예에 설명하고자 하는 바와 같이 렌즈시스템은 f/2.8의 최고 속도와 약 50도 정도의 전체 각도 범위(total angular coverage)를 가지고 있다.

상기 도면 및 다음의 도면과 관련한 설명은 명세서를 구성하나 본 발명의 양호한 실시예를 나타내고 있으며, 이는 본 발명의 기술적 사상을 설명하는 데 도움을 주나 이 도면 및 이에 대한 설명은 단지 본 발명을 설명하고자 함에만 있지 본 발명은 한정하고자 함은 아니다.

도 1 내지 도 7은 본 발명에 따라 제조된 여러 투사렌즈를 도시하고 있다. 해당되는 일반적 특성 및 광학특성은 각기 표 1 내지 7에 있다. HOYA 또는 SCHOTT라는 명칭은 렌즈시스템에 사용된 유리를 위해 사용되었다. 다른 제조자에 의해 제조된 동등한 유리도 본발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 산업적으로 적용가능한 재료가 스티렌 및 아크릴 부품을 위해 사용된다. 표에 설명된 비구상 계수(aspheric coefficients)는 하기 수학식Ⅰ에 사용된다.

상기 수학식에서 z는 시스템의 광학축(optical axis)으로부터 y의 거리에서의 표면 휨(sag)이고, C는 광학축에서 렌즈의 곡률(curvature)이고 k는 원추 상수 (conic constont)이다.

표에 사용된 약어는 다음과 같다.

EFL: 유효초점길이(effective focal length)

FVD: 전면 정점 길이(front vertex distance)

f/: f-수(f-unmber)

ENP : 입구 동공(entrance pupil)

EXP : 출구 동공(exit pupil)

BRL: 배럴길이(barrel length)

OBJ HT : 대상물 높이(object height)

MAG : 배율(magnification)

STOP : 개구 막힘 위치(location of aperture stop)

IMD : 화상거리(image distance)

OBD: 대상물 거리(object distance)

OVL : 전체길이(overall length)

표에서 다양한 표면과 관련한 표시 a는 비구상 표면, 즉 상기 수학식에서 D, E, F, G, H 또는 I중 최소한 하나는 0이 아닌 표면을 의미한다. 표시 c는 상기 수학식에서 K값이 0이 아닌 원뿔 표면을 의미한다. 표시 f는 Fresnel 렌즈 표면을 의미한다. 표에 있는 모든 수치는 밀리미터이다. 표는 빛이 도면에서 왼쪽에서 오른쪽으로 간다는 가정하에 기재되었다. 실질적으로 화면은 왼쪽에 있을 것이고 LCD 판넬은 오른쪽에 있을 것이고 빛은 오른쪽에서 왼쪽을 갈 것이다. 표 5에서 표면 11은 시스템이 Fresnel 렌즈의 짧은 콘쥬게이트 사이드(conjugate side)상에 중심전송으로(telecentric) 되도록 하는 인위적인 막힘(artificial stop)이며, 표 7의 표면 6는 빈제팅 표면(vignetting surface)이다.

표 8에서는 도 1 내지 7의 렌즈시스템의 다양한 특성이 요약해서 기재되어 있다. 표에 있는 전체초점길이(overall focal length)는 도 5 내지 7을 위한 Fresnel렌즈를 포함하지 않는데 이는 상기 렌즈가 기본적으로 렌즈시스템을 발광소자(illumination optics)에 결합시키기 위해서만 역할을 하기 때문이다. 표에 있는 메니스커스들 사이의 거리(distance between menisci)값은 마주보는 메니스커스들의 외곽표면들(정점들(vertices))사이에서 측정된다. 개구 막힘 위치(aperture stop position)은 상기 외곽표면의 중심점으로부터 개구막힘의 거리의 절대치이다. 보정기 초점 길이((corrector focal length)는 도 2의 초미의(leading)렌즈 부품 및 도 5 내지 7의 말미의(trailing)렌즈부품을 위함이다.

표8는 이중렌즈가 모든 실시예에 대해서 가장 강력한 시스템의 부분이라고 보이고 있는데, 상기 시스템에서 그 초점길이는 시스템에서의 다른 모든 부품의 초점길이 크기 보다 더 짧다. 또한 상기 표에서는 실시예 6을 제외하고는 메니스커스들(menisici)은 약한 광학 배율(optical power)로 되는데, 다시말하면 각각의 메니스커스들의 초점길이대 시스템의 전체 초점길이의 크기비가 2.0보다 크다는 것을 보이고 있다. 이와 유사하게 사용된 보정기 렌즈 부품의 광학배율이 약하다고 보이는데, 다시말하면, 그 초점길이대 시스템의 전체 초점길의 크기 비 역시 2.0보다 크다는 것을 보이고 있다. 또한 개구막힘(aperture stop)이 마주보는 메니스커스들사이에(실시예 1 내지 2 및 5 내지 7) 또는 그 부근에 인접해서(실시예 3 내지 4) 위치해 있다고 표는 말해주고 있다. 메니스커스들의 외곽표면의 중심점으로부터의 거리대 상기 외곽표면사이의 거리의 크기비가 0.60보다 적고(실시예 4) 바람직하기로는 0.55 보다 적은(실시예 3) 경우 상기 메니스커스들의 인접한 곳내에 상기 개구 막힘이 위치하는 것으로 간주된다.

표 1 내지 7의 실험은 본발명의 또다른 양호한 형태의 투사렌즈를 제조할 수 있음을 예시하는 바, 즉, 컬러-보정 이중렌즈와 상기 마주보는 메니스커스들 사이의 근접한 공간을 가지는 것을 들 수 있는데, 상기 공간은 투사렌즈의 전체 초점길의 0.3배보다 적은 것이 바람직하다. 이와 유사하게 사용되는 보정기 렌즈 부품역시 마주보는 메니스커스들과 상당히 근접하도록 하는 공간이 있는 것이 좋으며, 상기 공간은 투사렌즈의 전체 초점 길이의 0.3배보다 적은 것이 좋다.

본 발명의 구체예가 기술되고 예시되었으나 본발명의 범주를 벋어나지 않고 전술한 것으로부터 본발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 다양하게 변형될 수 있을 것이다.

표5 계속

표 6 계속

표 7계속

실시예 번호	이중렌즈초점길이	메니스커스 1 초점길이	메니스커스 2초점길이	보정기초점길이	전체흘림길이	메니스커스사이길이	개구멈춤위치
1	98.38	-632.68	-632.68		119.05	45.76	10.22
2	95.73	-335.43	-335.43	262.79	119.00	45.60	1.46
3	160.30	558.66	558.66		119.00	31.15	17.12
4	178.65	451.09	451.09		119.00	34.74	19.69
5	102.11	-340.67	-340.67	276.64	119.01	30.43	7.26
6	193.80	214.60	214.60	-315.01	119.00	25.49	5.96
7	108.36	-805.14	-805.14	654.50	119.00	26.44	9.05

Claims

개구막힘을 가지고 있으며, 다음(a) 및 (b)로 구성된 대상물의 화상을 형성하기 위한 투사렌즈.

(a) 초점길이 f1 및 f2을 가지는 두개의 메니스커스 부품으로 구성되며, 상기 메니스커스 부품은 (i) 서로에 대해 오목하며 그리고 (ⅱ) 상기 개구 막힘과 인접해서 위치하고 있고, 각각의 메니스커스 부품은 최소한 하나의 비구상 표면을 가지로 있는 첫번째 렌즈 유니트; 및

(b) f3 0;

f3 ｜ f1 ｜ ; 및

f3 ｜ f2 ｜ 인 초점길이 f3을 가진 컬러-보정 이중렌즈로 구성된 두 번째 렌즈 유니트
제 1항에 있어서, 각각의 메니스커스 부품이 약한 광학 배율을 가진 투사 렌즈.
제 1 항에 있어서, 각각의 메니스커스 부품이 동일한 투사렌즈.
제 1 항에 있어서, 각각의 메니스커스 부품이 두개의 비구상 표면을 가진 투사렌즈.
제 1 항에 있어서, 상기 개구 막힘이 상기 두개의 메니스커스 부품 사이에 위치한 투사렌즈.
제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 렌즈유니트가 렌즈의 화상측상에 있고, 상기 두번째 렌즈가 렌즈의 대상물측상에 있는 투사렌즈.
제 1 항에 있어서, 상기 첫번째 렌즈 유니트가 렌즈의 대상물측상에 있고 상기 두번째 렌즈 유니트가 렌즈의 화상측상에 있는 투사렌즈.
제 1항에 있어서, 상기 첫번째 및 두번째 렌즈가 서로 근접해 있는 투사렌즈.
제 1 항에 있어서, (ⅰ) 최소한 하나의 비구상 표면으로 구성되고, (ⅱ) 약한 광학 배율이며, 그리고 (ⅲ) 상기 두 번째 렌즈유니트에 대향한 상기 첫번째 렌즈유니트의 측상에 위치하는 보정기 렌즈 유니트가 더 포함된 투사렌즈.
제 9 항에 있어서, 상기 보정기 렌즈유니트가 하나의 싱글렌즈 부품으로 구성된 투사렌즈.
제 9 항에 있어서, 상기 보정기 렌즈 유니트가 두개의 비구상 표면으로 구성된 투사렌즈.
제 11항에 있어서, 상기 보정기 렌즈유니트가 하나의 싱글렌즈 부품으로 구성된 투사렌즈.
제 9 항에 있어서, 상기 보정기 렌즈유니트가 상기 첫번째 렌즈유니트의 화상측상에 있는 투사렌즈.
제 9 항에 있어서, 상기 보정기 렌즈유니트가 상기 첫번째 렌즈유니트의 대상물측상에 있는 투사렌즈.
제 9 항에 있어서, 상기 보정기 렌즈 유니트가 상기 첫번째 렌즈유니트와 근접해서 공간지어져 있는 투사렌즈.
제 9 항에 있어서, f1 및 f2는 같은 부호(sign)이고, 상기 보정기 렌즈유니트는 초점길이 f_CR을 가지며, 상기 f_CR의 부호는 f1 및 f2의 부호와 반대인 투사렌즈.
개구막힘을 가지고 있으며, 다음(a) 및 (b)로 구성된 대상물의 화상을 형성하기 위한 투사렌즈.

(a) 초점 길이 f1 및 f2를 가지며, (ⅰ) 서로에 대해 오목하고 (ⅱ) 상기 개구막힘과 인접해 있으며, 두개의 비구상 표면을 가지고 있는 두개의 메니스커스 부품, 및

(b) f3 0;

f3 ｜ f1 ｜ ; 및

f3 ｜ f2 ｜ 인 초점길이 f3을 가진 컬러-보정 이중렌즈
개구막힘을 가지고 있으며, 다음(a), (b) 및 (c)로 구성된 대상물의 화상을 형성하기 위한 투사렌즈.

(a) 초점 길이 f1 및 f2를 가지며, (ⅰ) 서로에 대해 오목하고 (ⅱ) 상기 개구막힘과 인접해 있으며, 두개의 비구상 표면을 가지고 있는 두개의 메니스커스 부품, △

(b) f3 0;

f3 ｜ f1 ｜ ; 및

f3 ｜ f2 ｜ 인 초점길이 f3을 가진 컬러-보정 이중렌즈; 및

(c) 두 개의 비구상 표면을 가지고 있고 약한 광학 배율인 보정기 렌즈 부품이며, 상기 컬러 보정 이중렌즈 및 상기 보정기 렌즈 부품은 상기 두개의 메니스커스 부품의 반대축상에 있는 보정기 렌즈 부품.
다음(a), (b) 및 (c)로 구성된 대상물의 화상을 형성하는 투사렌즈 시스템,

(a) 빛원과 빛원의 화상을 형성하는 발광소자로 구성되며, 상기 빛원의 화상은 발광시스템의 초점인 발광시스템;

(b) 대상물을 구성하는 피셀화된 패널; 및

(c) 제 1 항의 투사 렌즈
다음(a), (b) 및 (c)로 구성된 대상물의 화상을 형성하는 투사렌즈 시스템,

(a) 빛원과 빛원의 화상을 형성하는 발광소자로 구성되며, 상기 빛원의 화상은 발광시스템의 초점인 발광시스템;

(b) 대상물을 구성하는 피셀화된 패널; 및

(c) 제 17항의 투사렌즈
다음(a), (b) 및 (c)로 구성된 대상물의 화상을 형성하는 투사렌즈 시스템,

(a) 빛원과 빛원의 화상을 형성하는 발광소자로 구성되며, 상기 빛원의 화상은 발광시스템의 초점인 발광시스템;

(b) 대상물을 구성하는 피셀화된 패널; 및

(c) 제 18항의 투사렌즈