KR20010032002A - 화소 패널을 채용한 소형 투사 렌즈 시스템용 광시계투사렌즈 - Google Patents

화소 패널을 채용한 소형 투사 렌즈 시스템용 광시계투사렌즈 Download PDF

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KR20010032002A
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Abstract

본 발명은 LCD 패널과 함께 사용하기 위한 투사렌즈에 관한 것이다. 상기 렌즈는 왜곡을 보정하는 비구면을 가진 강한 네거티브 렌즈 엘리먼트(E1)를 포함하는 제 1 렌즈 유닛(U1)과, 약한 제 2 렌즈 서브유닛(U2S2)으로부터 공기층으로 분리된 강한 포지티브 파워 제 1 렌즈 서브유닛(U2S1)을 포함하는 제 2 렌즈 유닛(U2)을 갖는다. 상기 제 2 렌즈 서브유닛은 순차적으로 네거티브 렌즈 엘리먼트, 포지티브 렌즈 엘리먼트, 비구면을 가진 플라스틱 렌즈 엘리먼트를 포함할 수 있다. 상기 투사렌즈는 적어도 35°의 시계를 갖기 때문에 전체 투사 렌즈 시스템은 소형화 될 수 있다.

Description

화소 패널을 채용한 소형 투사 렌즈 시스템용 광시계 투사렌즈{WIDE FIELD OF VIEW PROJECTION LENSES FOR COMPACT PROJECTION LENS SYSTEM EMPLOYING PIXELIZED PANELS}
투사 렌즈 시스템(″투사 시스템″이라고도 약칭함)은 표시 스크린에 물체의 이미지를 형성하기 위해 사용된다. 이러한 시스템의 기본 구조가 도 6에 도시되어 있으며, 여기에서 10은 광원(예를 들어, 텅스텐-할로겐 램프)이고, 12는 광원의 이미지를 형성하는 조명 광학기(이하, 조명 시스템의 ″출력″이라 칭함)이며, 14는 피투사물(예를 들어, 온/오프 화소로 이루어진 LCD 매트릭스)이고, 13은 표시 스크린(16)상에 확대된 물체(14)의 이미지를 형성하는 다중 렌즈 엘리먼트를 포함하는 투사렌즈이다. 또한, 상기 시스템은 조명 시스템의 출사동공을 적절히 위치시키기 위하여 화소 패널 부근에 시야렌즈, 예를 들어, 프레널 렌즈(Fresnel lens)를 포함할 수 있다.
전방 투사 시스템에서, 시청자는 도 6 스크린(16)의 좌측에 위치하는 반면, 후방 투사 시스템에서는 스크린의 우측에 위치하게 된다. 단일 케비넷에 수납되는 후방 투사 시스템에 있어서, 광경로를 중첩시켜 시스템의 전체 크기를 줄이기 위해 반사경이 종종 사용된다. 본 발명의 투사 렌즈는 특히 후방 투사 시스템에 사용하기 적당하나, 원한다면 전방 투사 시스템에 사용될 수도 있다.
물체가 화소 패널인 투사 렌즈 시스템은 데이타 표시 시스템을 포함하여 다양한 장치에 사용된다. 바람직하게, 상기 투사 렌즈 시스템은 예를 들어 적색, 녹색 및 청색 화소를 가진 단일 패널의 이미지를 형성하는 단일 투사렌즈를 채용한다. 몇몇의 경우, 예를 들어 대형 이미지 후방 투사 시스템에 있어서, 각각의 패널/투사 렌즈 복합체가 전체 이미지중 일부를 생성하게 되는 다중 패널 및 다중 투사 렌즈가 사용된다.
화소 패널, 특히 LCD 패널은 이들이 사용되는 투사 시스템의 형식에 따라 다양한 크기로 제조될 수 있다. 대형 LCD 패널, 예를 들어 대각선으로 약 12.5 인치(약 320㎜)인 패널은 높은 화소 계수를 가짐과 아울러 안정적으로 제조할 수 있을만큼 큰 화소 크기를 유지하기 때문에, 고해상 유색 이미지를 생성하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 단일 LCD 패널로부터 순색 이미지를 얻기 위해 필요한 화소의 수는 단색 이미지에 필요한 것의 3배이기 때문에, 대형 LCD 패널이 사용되지 않는다면 화소의 크기는 소형화된다.
대형 화소 패널과 함께 사용할 수 있음과 아울러 적어도 하기된 특성, 즉 (1) 광시계, 즉 상대적으로 짧은 촛점길이; (2) 다양한 배율로 작동하면서도 고도의 광행차 보정을 유지할 수 있는 능력; (3) 상대적으로 적은 수의 렌즈 엘리먼트, 상대적으로 작은 배럴 길이 및 상대적으로 작은 최대 렌즈직경을 포함하는 상대적으로 소형인 크기; (4) 고도의 색보정; 및 (5) 온도변화에 대한 낮은 민감성 등의 특성을 가진 투사렌즈가 요구되었다.
광시계로 인해 전체 투사 렌즈 시스템은 밀집될 수 있으며, 이는 공간이 적은 장치에 있어서 매우 바람직하다. 특히, 밀집화는 크기를 최소화함으로써 투사 시스템을 수용하는데 필요한 케비넷 비용을 최소화하고, 완성된 시스템의 포장 및 사용자에게로의 배송을 용이하게 한다.
다양한 배율로 효과적으로 작동할 수 있는 투사렌즈는, 투사 시스템이 어떠한 시스템 구성요소도 교체할 필요없이 서로다른 크기의 스크린과 함께 사용할 수 있도록 하기 때문에, 바람직하다. 단지 물체와 이미지의 공액만이 변화되어야 하며, 이는 화소 패널에 대해 렌즈를 이동시킴으로써 용이하게 이루어질 수 있다. 물론, 유효 배율범위에서 광행차를 고도로 보정하는 것이 목적이다.
비용, 중량 및 크기면에서 상대적으로 소형인 투사렌즈가 바람직하다. 직경이 큰 엘리먼트와 많은 수의 렌즈 엘리먼트는 더 많은 원자재를 소비하고, 더 무거우며, 조립 및 장착비용이 더 많이 소요된다. 일반적으로 긴 배럴 길이는 전체 시스템 크기를 증가시킴으로서, 비용과 중량을 증가시키는 결과를 가져온다. 따라서, 서로 조밀하게 위치되고 상대적으로 소형인 최소의 렌즈 엘리먼트가 구비된 렌즈가 바람직하다.
화소의 번짐, 또는 극단적인 경우 이미지로부터 화소의 완전 박리(dropping)와 같이, 화소 패널의 이미지에서 색 광행차를 용이하게 볼 수 있기 때문에, 고도의 색보정이 중요하다. 이러한 문제점은 통상적으로 시계의 가장자리에서 가장 심각하다. 개략적으로, 화소 패널에서 측정된 바에 따르면, 색보정은 이러한 문제점을 방지하기 위해 약 1개의 화소보다 나아야 하고, 바람직하게는 절반의 화소보다 나아야 한다.
가로색(lateral color), 수차의 색변동 및 통상적으로 가장 도발적인 비점수차의 색수차와 함께, 상기 시스템의 모든 색수차가 처리되어야 한다. 가로색, 즉 색깔에 의한 배율의 변동은 특히 시계의 가장자리에서 콘트라스트의 감소로 나타나기 때문에 다루기가 곤란하다. 극단적인 경우, 전체 시계 영역에서 무지개 효과가 나타날 수 있다.
음극선관(CRTs)을 채용한 투사 시스템에서, 예를 들면, 청색 CRT에 생성된 이미지와 비교하여 적색 CRT의 면에 생성된 이미지의 크기를 줄임으로써, 소량의(잉여) 가로색은 전자적으로 보상될 수 있다. 그러나, 화소 패널에서는 이미지가 수치화됨으로서 전체 시계에서 크기를 원만하게 조절하는 것이 불가능하기 때문에, 이와 같은 조절이 이루어질 수 없다. 그러므로, 상기 투사 렌즈로부터 더 높은 수준의 가로색 보정이 필요하다.
데이타를 표시하기 위한 화소 패널의 사용은 왜곡의 보정에 관한 엄격한 필요조건의 원인이 된다. 그 이유는 데이타를 표시할 때 렌즈 시계의 극점에서 조차도 우수한 이미지 품질이 요구되기 때문이다. 하기된 바와 같이, 표시된 숫자 또는 문자의 왜곡되지 않은 이미지는 중앙에서와 마찬가지로 시계의 가장자리에서도 중요하다.
휘도가 충분한 이미지를 생성하기 위하여, 많은 양의 빛이 투사 렌즈를 통과하여야만 한다. 그 결과, 실온과 렌즈의 작동온도사이에는 통상적으로 큰 온도차가 존재하게 된다. 또한, 상기 렌즈는 다양한 주변조건하에서 작동할 수 있어야 한다. 예를 들어, 투사 렌즈 시스템은 흔히 방의 천장에 장착되어지되, 상기 천장은 주위온도가 40℃ 이상이 될 수 있는 건물의 지붕으로 이루어질 수 있다. 이러한 효과를 위해, 온도변화에 비교적 둔감한 광학특성을 가진 투사렌즈가 필요하다.
온도 민감성 문제를 해결하기 위한 하나의 방법은 글라스로 이루어진 렌즈 엘리먼트를 사용하는 것이다. 플라스틱과 비교할 때, 글라스 엘리먼트의 굴절률과 곡률반경이 플라스틱 엘리먼트보다 더 적게 변한다. 그러나, 글라스 엘리먼트는 일반적으로 플라스틱 엘리먼트보다 더 고가이고, 특히 광행차 제어를 위해 비구면이 필요할 경우에는 더욱 고가이다. 하기된 바와 같이, 플라스틱 엘리먼트의 위치와 출력이 적절하게 선택된다면, 플라스틱 엘리먼트가 사용될 수 있으며 온도 둔감성도 얻을 수 있다.
하기된 투사 렌즈는 전술한 모든 필수조건을 충족시키며, 표시 스크린상에 고품질의 화소 패널 유색 이미지를 형성할 수 있는 비교적 저렴한 투사 렌즈 시스템을 제조하는데 성공적으로 사용될 수 있다. 특히, 하기된 실시예에 개시된 바와 같이, 본 발명의 렌즈는, 예를 들어 ±45°까지의 시계를 가질 수 있으며, f/4에서 작동할 수 있고, 5.5X 내지 9.6X 범위의 배율을 가질 수 있다.
종래 기술의 설명
화소 패널과 함께 사용하기 위한 투사 렌즈는 테일러의 미국 특허번호 제 4,189,211호, 타나카 등의 미국 특허번호 제 5,042,929호, 야노 등의 미국 특허번호 제 5,179,473호, 모스코비치의 미국 특허번호 제 5,200,861호, 모스코비치의 미국 특허번호 제 5,218,480호, 이주카 등의 미국 특허번호 제 5,278,698호, 베텐스키의 미국 특허번호 제 5,313,330호 및 야노의 미국 특허번호 제 5,331,462호를 포함하여 여러 특허에 개시되어 있다.
LCD 시스템에 대한 논의는 가그논 등의 미국 특허번호 제 4,425,028호, 가그논의 미국 특허번호 제 4,461,542호, 레데버의 미국 특허번호 제 4,826,311호 및 유럽 특허공개번호 제 311,116호에서 찾아볼 수 있다.
본 발명은 투사렌즈에 관한 것으로, 특히 화소로 이루어진 물체(object)의 이미지(예를 들어, LCD)를 형성하기 위해 사용될 수 있는 투사렌즈에 관한 것이다.
도 1 내지 도 3은 화소 패널(PP) 및 프레널 렌즈(FL)와 함께, 본 발명에 따라 구성된 투사렌즈의 개략 측면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 렌즈 시스템에 대한 단색 광전송 기능(MTF) 플롯으로서, 양 도면에서 물체(화소 패널)의 높이는 158㎜이고, 이미지(스크린)의 높이는 도 4에서 -869㎜이며 도 5에서 -1524㎜이다. 즉 도 4 및 도 5는 각각 -0.182 및 -0.104인 스크린에서 패널까지의 배율에 대한 MTF 플롯이다. 상기 플롯의 좌측 칸은 스루 포커스 데이타(through focus data)를 나타내며, 우측 칸은 주파수에 대한 엣 포커스 데이타(at focus versus frequency data)를 나타낸다. 점선은 위상 데이타를 표시하고, 쇄선은 SAG 데이타를 표시하며, 실선은 TAN 데이타를 표시한다. 도 4의 촛점 길이, f/수 및 촛점 위치는 각각 178.81, 4.00 및 0.094이다. 도 5의 촛점 길이, f/수 및 촛점 위치는 각각 170.48, 4.00 및 -0.023이다.
도 6은 본 발명의 투사렌즈가 사용될 수 있는 전체 투사 렌즈 시스템을 나타낸 개략도이다.
본 명세서의 일부를 구성하는 상기 도면은 상세한 설명과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것으로, 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다. 물론, 도면과 상세한 설명은 본 발명을 단지 설명하기 위한 것으로 이를 한정하지는 않는다.
전술한 점을 감안하여, 본 발명의 목적은 전술한 6가지 바람직한 특성을 가짐과 아울러 화소 패널과 함께 사용하기 위한 개선된 투사 렌즈를 제공하는 것이다.
이 목적은 이미지측으로부터 물체측으로(즉, 장공액측으로부터 단공액측으로) 순차적으로 배열된 제 1 렌즈 유닛(U1)과 제 2 렌즈 유닛(U2)을 포함하고 촛점길이(f0)를 가진 투사렌즈를 통해 달성되어지되,
(A) 상기 제 1 렌즈 유닛(U1)은 촛점길이(f1)를 갖고,
(ⅰ) 촛점길이(fE1)를 가진 렌즈 엘리먼트;와
(ⅱ) 적어도 하나의 왜곡 보정용 비구면;을 포함하며
(B) 상기 제 2 렌즈 유닛(U2)은 촛점길이(f2)를 갖고, 이미지 측으로부터 순차적으로 배열된
(ⅰ) 촛점길이(f2S1)를 가진 제 1 렌즈 서브유닛(U2S1);과
(ⅱ) 촛점길이(f2S2)를 갖고 공기층(tS1S2)에 의해 상기 제 1 렌즈 서브유닛으로부터 분리된 제 2 렌즈 서브유닛(U2S2);을 포함하고,
상기 제 2 렌즈 서브유닛은 (a) 적어도 하나의 구면수차 보정용 비구면과, (b) 상기 렌즈 시스템에 축방향 색보정을 제공하기 위한 수단을 포함하며,
｜f1｜/f0＞0.75; fE1＜0; f2＞0; f2/f0＜2.0; f2S1＞0; f2S1/f0＜1.5; 및 ｜f2S2｜/f0＞1.5 이다.
소정의 바람직한 실시예에서, 상기 렌즈 시스템은 하기된 관계식의 일부 또는 모두를 만족시킨다.
｜fE1｜/f0＜1.5; 및 tS1S2/f0＞0.1.
다른 바람직한 실시예에서, 상기 제 2 렌즈 서브유닛은 이미지측으로부터 순차적으로 네거티브(negative) 렌즈 엘리먼트, 포지티브(positive) 렌즈 엘리먼트 및 적어도 하나의 비구면을 가진 프라스틱 렌즈 엘리먼트를 포함한다. 비구면이 구비된 상기 플라스틱 렌즈 엘리먼트는 포지티브 또는 네거티브 축상 파워(on-axis power)를 가질 수 있다. 이러한 구성은 렌즈 시스템의 불투열화 및 제조를 용이하게 한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 투사렌즈의 반시계(semi-field of view)는 35°이상이다. 따라서, 상기 투사 렌즈 시스템은 전체적으로 소형인 크기를 가질 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 렌즈 유닛의 투명공(clear apertures)도 시스템을 전체적으로 소형화하는데 기여하며, 상기 제 1 렌즈 유닛의 투명공은 바람직하게 제 2 렌즈 유닛의 투명공보다 크다. 바람직하게, 상기 제 1 렌즈 유닛의 투명공은 화소 패널의 대각선의 0.7배 보다 작다. 하기된 실시예 1 내지 3은 35°이상의 반시계를 가지며, 최대 투명공이 화소 패널의 대각선(12.5 인치)의 0.7배 보다 작은 제 1 렌즈 유닛을 갖는다.
바람직하게, 상기 투사 렌즈 시스템의 배율 변화는 (a) 투사렌즈와 화소패널사이의 거리와, (b) 제 1 및 제 2 렌즈 유닛사이의 거리를 변화시킴으로써 이루어질 수 있다. 특히, 제 1 및 제 2 렌즈 유닛은 초점조정을 위해 화소 패널에 대해 모두 동일한 방향으로 움직이지만 속도가 다르기 때문에, 상기 유닛간의 거리는 렌즈 시스템이 다른 배율로 초점조정될 때 변하게 된다.
바람직하게, 본 발명의 투사렌즈는 불투열성으로 설계되었다. 하기된 바와 같이, 이는 많은 광학적 파워를 가진 플라스틱 렌즈 엘리먼트들의 파워의 균형 유지와 위치선정의 조합으로 이루어진다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 렌즈 시스템은 소형 설비에서 화소 패널, 즉 대형 LCD 패널을 영사하기 위해 사용되기 때문에, 광시계를 제공하면서도 양호한 왜곡 보정을 유지하여야 한다. 또한, 상기 렌즈 시스템은 넓은 공액범위에서 사용하기 위한 것이기 때문에, 렌즈 작동배율에서의 변화에 따라 광행차가 심각할 정도로 변하지(증가하지) 않도록 광행차를 보정하여야만 한다.
이러한 목적을 이루기 위해서, 광시계 후방촛점형(retrofocus type) 렌즈 시스템이 사용된다. 상기 렌즈 시스템은 2개의 렌즈 유닛, 즉 렌즈 시스템의 장공액측의 약한 제 1(전방) 렌즈 유닛(U1)과, 시스템의 단공액측의 강한 포지티브 파워 제 2(후방) 렌즈 유닛(U2)을 포함한다. 다시, 상기 제 2 렌즈 유닛은 2개의 렌즈 서브유닛, 즉 시스템의 장공액측의 제 1(전방) 렌즈 유닛과 단공액측의 제 2(후방) 렌즈 유닛을 포함한다.
상기 유닛과 서브유닛의 중요한 특성은 하기된 바와 같다;
(1) 상기 제 1 유닛은 왜곡을 필요한 수준으로 보정하기 위한 비구면을 갖는다. 전술한 바와 같이, 화소 패널과 함께 사용되는 렌즈 시스템에 있어서, 시스템의 왜곡은 매우 보정되어야 할 필요가 있다. 본 발명의 렌즈 시스템의 왜곡 보정은 일반적으로 상기 이미지에서 약 1% 이상이며, 바람직하게는 약 0.5% 이상이다.
(2) 상기 제 2 유닛은 렌즈 시스템에 대부분의 파워를 제공한다. 따라서, 렌즈 시스템의 전체 길이를 전체적으로 줄일 수 있다.
(3) 상기 제 2 유닛의 후방 서브유닛은 구면수차를 보정하는 비구면을 포함한다.
(4) 상기 양 유닛은 초점조정을 위해 동일한 방향으로 움직이지만, 다양한 이미징 공액에서 매우 안정적인 비점수차 보정을 제공하기 위해 이동 속도는 다르다.
(5) 상기 렌즈 시스템의 전체 비용을 줄이기 위해, 비구면 엘리먼트는 광학 플라스틱 물질로 제조된다.
색보정을 위해, 상기 제 2 렌즈 서브유닛은 축방향 색 보정수단을 포함한다. 당업계에 공지된 다양한 축방향 색 보정수단이 사용될 수 있다. 바람직한 해결법은 제 2 렌즈 서브유닛에 고분산 물질로 이루어진 적어도 하나의 네거티브 렌즈 엘리먼트와, 저분산 물질로 이루어진 적어도 하나의 포지티브 렌즈 엘리먼트를 포함시키는 것이다. 상기 고분산 및 저분산 물질은 글라스 또는 플라스틱이 될 수 있다.
일반적으로, 고분산 물질은 플린트 글라스(flint glass)와 같은 분산을 가진 물질이고, 저분산 물질은 크라운 글라스(crown glass)와 같은 분산을 가진 물질이다. 특히, 고분산 물질은 1.85 내지 1.5 범위의 굴절률에 대하여 각각 20 내지 50 사이의 V 값을 가진 물질이며, 저분산 물질은 동일한 범위의 굴절률에 대하여 35 내지 75 사이의 V 값을 가진 물질이다.
플라스틱 렌즈 엘리먼트에 있어서, 고분산 및 저분산 물질은 각각 스티렌과 아크릴릭이 될 수 있다. 물론, 원한다면 다른 플라스틱이 사용될 수 있다. 예를 들어, 스티렌 대신, 플린트와 유사한 분산 가진 아크릴릭(예를 들어, NAS)과 폴리스티렌의 혼성중합물 및 폴리카보네이트가 사용될 수 있다. 오하이오주, 신시네티에 소재한 U.S. Precision Lens, Inc.,에서 1983년에 제작한 The Handbook of Plastic Optics, 17 내지 29 페이지를 참조하라.
전술한 바와 같이, 본 발명의 투사렌즈는, 투사렌즈가 실온에서 작동온도로 가열될 때, 시스템의 후방 초점길이를 포함하여 시스템의 광학성능이 변하지 않도록 불투열화된다. 특히, 후방 초점길이의 변화는 시스템의 변조전송기능(MTF)을 크게 변화시킬 수 있는 양보다 적다. 즉, 3 cycle/㎜의 MTF 변화는 약 10% 이하여야 한다. 하기된 실시예에 있어서, 이러한 MTF 기준은 약 ±0.4㎜ 이하인 후방 초점길이에서의 변화에 해당한다. 상기 렌즈 촛점의 열적 안정화는 플라스틱 렌즈 엘리먼트의 렌즈의 선택과 배치를 통해 이루어진다.
통상적으로, 플라스틱 렌즈 엘리먼트는 플라스틱 광학물질의 굴절률이 온도에 따라 크게 변한다는 사용상의 단점이 있다. 다른 효과는 플라스틱 광학물질의 형상이 온도에 따라 변한다(즉, 팽창 또는 수축)는 것이다. 일반적으로, 형상의 변화는 굴절률에서의 변화만큼 중요하지는 않다.
저파워 플라스틱 렌즈 엘리먼트만이 렌즈에 사용된다면, 플라스틱 광학기에서의 열적변화와, 시스템에서 플라스틱 또는 알루미늄 기계요소, 예를 들어 열에 의한 초점변화의 주요 기계적 원인이 되는 렌즈 배럴에서의 열적변화간의 균형을 유지하는 것이 가능하다. 설계에 있어서 광학 플라스틱의 자유로운 사용, 즉 비교적 고파워인 플라스틱 렌즈 엘리먼트를 적어도 일부 사용할 수 있는 능력은 다음과 같은 잇점을 갖는다. 즉, 플라스틱 렌즈 엘리먼트는 용이하게 성형될 수 있기 때문에, 특정 렌즈 형상의 역량(성능)을 최대화하기 위해 구형이 아닌 광학면(비구면)이 사용될 수 있다. 또한, 비교적 고파워 플라스틱 엘리먼트를 사용함으로써, 렌즈의 전체 비용을 낮출 수 있게 된다.
설계에서 순 플라스틱 광학 파워가 중요하다면, 불투열화가 실시될 필요가 있으며, 불투열화가 실시되지 않는다면, 렌즈 온도가 실온에서 작동온도로 변할 때 렌즈의 촛점은 크게 변하게 된다. 이는 표시 스크린에 상당량의 빛을 전송해야만 하기 때문에 실온보다 매우 높은 작동온도를 갖는 프로젝터에서 특히 심하다.
본 발명의 투사 렌즈에 있어서, 불투열화는 플라스틱 렌즈 엘리먼트의 위치 및 파워뿐만 아니라 이들 엘리먼트에서 주변광선의 높이를 고려하여 이루어진다.
상기 플라스틱 렌즈 엘리먼트의 위치는 당해 엘리먼트가 겪을 온도 변화량과 그로 인한 굴절률 변화량에서 중요하다. 일반적으로, 광원 또는 광원의 이미지에 근접된 엘리먼트는 큰 온도변화를 겪게된다. 실제로, 광원 및 그에 관련된 조명 광학기와 함께, 투사렌즈가 위치될 장소의 온도 분포가 측정되었으며, 그 측정값이 투사렌즈의 설계에 이용되었다.
특정 플라스틱 렌즈 엘리먼트에서의 주변광선 높이는 주어진 열적변화에 대해 당해 엘리먼트의 굴절률 변화가 렌즈의 전체 열적 안정성과 관련하여 중요한 것이지의 여부를 결정한다. 일반적으로, 주변광선 높이가 작은 엘리먼트는 주변광선 높이가 큰 엘리먼트보다 시스템의 열적 안정성에 영향을 주지 않는다.
전술한 바에 기초하여, 불투열화는 주변광선 높이와 겪게 될 온도변화를 기초로 조절되는 특정 엘리먼트의 도움과, 플라스틱 렌즈 엘리먼트의 네거티브 및 포지티브 파워량의 균형을 유지함으로써 이루어진다. 실제로, 이와 같은 불투열화 공정은 하기된 바와 같이 전산화 렌즈 설계 프로그램으로 통합되었다. 첫째, 제 1 온도분포에서 광선추적을 실시하고 후방 초점 거리를 계산하였다. 둘째, 제 2 온도분포에서 동일한 광선추적을 실시하고 후방 초점 거리를 재계산하였다. 제 1 및 제 2 온도분포중 어느 것도 전체 렌즈에서 일정할 필요는 없으나, 특수한 경우 렌즈 엘리먼트마다 변할 수는 있다. 시스템의 설계는 상기 렌즈 설계 프로그램을 이용하여 최적화되기 때문에, 계산된 초점 거리는 일정값으로 한정된다.
전술한 방법은 시스템의 온도가 변할 때 화소 패널과 투사렌즈의 기계적 설치대가 마지막 렌즈면과 패널간의 거리를 대체로 일정하게 유지하는 것을 가정한 것이다. 이러한 가정이 정당하지 않다면, 불투열화를 실시하기 위한 다른 가정이 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기계적 설치대의 상대운동에 대한 측정값이 공정에 포함될 수 있거나, 다른 거리, 예를 들어, 전방 렌즈면과 패널간의 거리가 기계적으로 고정된 것으로 가정할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따라 구성된 다양한 투사렌즈를 도시한 것이다. 해당 규정과 광학특성이 표 1 내지 표 3에 각각 나타나 있다. 렌즈 시스템에 채용된 글라스에 대해 HOYA 또는 SCHOTT 부호규약을 사용하였다. 본 발명을 실시하는데 있어서, 다른 제조자가 만든 동질의 글라스가 사용될 수 있다. 상용화된 물질이 플라스틱 엘리먼트로 사용된다.
표에 개시된 비구면 계수는 하기된 등식, 즉 수학식 1에 사용하기 위한 것이다.
여기서, z는 시스템의 광축으로부터 거리 y에서의 표면 새그(surface sag)이고, c는 상기 광축에서 렌즈의 곡률이며, k는 표 1 내지 표 3의 규정에 적시한 것을 제외하고는 제로인 원뿔상수이다.
표 1 내지 표 3에서 ″1차 데이타″는 시스템의 일부인 프레널 렌즈로 계산되었다. 표에서 여러 표면과 관련된 기호 ″a″는 비구면, 즉 상기 등식에서 D, E, F, G, H 또는 I중 적어도 하나가 0이 아닌 면을 나타내며; 기호 ″c″는 상기 등식에서 ″k″가 0이 아닌 면을 나타내고; 기호 ″f″는 프레널 렌즈를 나타낸다. 표에서 모든 단위는 ㎜이다.
표는 빛이 도면의 좌측에서 우측으로 이동하는 것으로 가정하여 만들어졌다. 실제 실험에서, 표시 스크린은 좌측에 위치되고, 화소 패널은 우측에 위치되며, 빛은 우측에서 좌측으로 이동하게 된다. 도 1 내지 도 3에서, 상기 화소 패널은 ″PP″로 표시되었고, 상기 화소 패널과 관련된 프레널 렌즈는 ″FL″로 표시되었다. 상기 프레널 렌즈는 광원을 투사렌즈의 입사동공(표에서는 출사동공)과 일치시키는 역할을 한다.
전술한 바와 같이, 상기 화소 패널에 대해 전체 렌즈를 움직임과 아울러, 제 1 및 제 2 렌즈 유닛 사이의 거리를 변화시킴으로써, 도 1 내지 도 3의 투사렌즈는 큰 공액범위에서 초점이 조정될 수 있다. 표 1 내지 표 3에 나타낸 바와 같이, 상기 화소 패널에 대한 렌즈 시스템의 전체적 이동에 비해 제 2 렌즈 유닛에 대한 제 1 렌즈 유닛의 움직임은 일반적으로 작다.
표 1 내지 표 3의 표면 번호와 전술한 U1, E1, U2, U2S2및 FL의 관계가 표 4에 나타나 있다.
표 5는 본 발명의 렌즈 시스템의 다양한 특성을 요약한 것이다. 표 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 렌즈 시스템은 제 2 렌즈 유닛의 서브유닛간의 이격한계(tS1S2)뿐만 아니라, 여러 렌즈 유닛, 서브유닛 및 엘리먼트의 초점 길이와 관련하여 전술한 한계를 만족시킨다.
표 5의 ″PP22″ 항목에는 제 2 렌즈 유닛의 후방 표면에 대한 상기 유닛의 후방 주요지점 위치가 나열되어 있다. 이 값들과 표 1 내지 표 3을 비교하면, 이 유닛의 후방 주요지점이 제 2 서브유닛보다 훨씬 앞에 위치된 것을 알 수 있다. 이것이 본 발명의 렌즈의 제 2 렌즈 유닛과, 후방 주요지점이 유닛의 중간에 위치되는 종래의 트리플렛(triplet)과 다른 점이다.
도 4 및 도 5의 플롯은 각각 스크린에서 화소 패널까지 -0.182 및 -0.104 배율로 작동하는 도 1의 렌즈 시스템에 대하여 최상의 축방향 포커스에서의 MTF를 우측에 나타내고, 스루 포커스 MTF를 좌측에 나타낸다. 5개의 시계 지점, 즉 최대 시계 높이의 35, 70, 85 및 100% 그리고 축에 대한 데이타가 표시되어 있다. 우측 프롯에 대한 표시 스크린에서의 실제 시계 높이가 나타나 있다. 이 시계 높이는 좌측 및 우측 플롯에 모두 적용되며, 단위는 ㎜이다.
상기 스루 포커스 데이타는 cycles/㎜ 단위로 표시된 공간주파수에서 구한 것이다. 상기 스루 포커스 및 최상 포커스 데이타는 모두 접선 및 구결(쇄선) MTF를 나타낸다. 계수 눈금이 각 블록의 좌측에 구비되며 제로에서 1까지이다. 상기 MTF의 위상이 최상 포커스 플롯에 점선으로 표시되어 있다. 위상의 눈금이 각 최소 포커스 블록의 우측에 표시되어 있으며, 라디안으로 측정되었다. 모든 MTF 데이타는 546.1㎚의 파장에 대한 것이다. 상기 최상 포커스 플롯위에 표시된 축방향 포커스 변화는 스루 포커스 플롯의 제로 위치에 비례한다. 최상 포커스 평면은 축방향 스루 포커스 플롯의 극점에 존재한다.
도 2 및 도 3의 렌즈 시스템은 동일한 배율 범위에서 도 4 및 도 5와 유사한 MTF 플롯을 갖는다. 이들 도면은 본 발명의 렌즈 시스템이, 화소 패널과 함께 사용되는 투사 렌즈 시스템에 필수적인, 광범위한 배율에서 광행차를 고도로 제어하는 것을 나타낸다.
도 1 내지 도 3의 렌즈는 대각선이 약 12.5인치(약 320㎜)인 LCD 패널과 함께 사용하도록 설계되었다. 상기 패널은 수평 해상도의 1,000 TV선 이상에 해당하는 200 마이크론의 화소 크기를 갖는다. 본 발명의 렌즈로 생성되는 패널의 이미지는 일반적으로 약 36인치(약 900㎜) 내지 약 60인치(약 1,500㎜) 범위이다. 상기 렌즈는 약 사분화소(quarter pixel) 또는 그 이하까지 매우 양호한 색수차 보정을 하게 된다. 이는 고품질 데이타 또는 비디오 투사에 있어서 매우 중요하다.
본 발명의 특정 실시예가 도시되고 설명되었으나, 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.
표면 No. 타입 반경 두께 글라스 투명공 직경
1 a 194.8286 8.00000 아크릴릭 170.25
2 c 60.4976 109.75660 126.07
3 75.1853 10.00000 LLF1 76.48
4 136.8907 공간 1 74.90
5 투명공조리개 0.00000 73.02
6 129.0860 12.00000 SK18 72.82
7 -344.4271 21.99035 71.59
8 -108.0986 5.00000 SF10 61.54
9 205.3792 1.00000 62.92
10 201.2503 10.00000 SK18 64.24
11 ∞ 1.96305 69.18
12 a -394.4647 10.00000 아크릴릭 70.32
13 a -100.0000 공간 2 74.84
14 ∞ 2.00000 아크릴릭 320.00
15 acf -145.1760 이미지 거리 320.00
부호 설명a-다항 비구면(polynomial asphere)c-원뿔부f-프레널
원뿔
표면 No. 상수
2 -4.1664E-01
15 -1.0000E+00
짝수 다항 비구면
표면 No. D E F G H I
1 -6.0946E-08 2.5026E-12 -4.2474E-16 5.0369E-20 -4.4208E-24 1.6693E-28
12 6.0712E-08 2.0076E-10 7.2374E-14 -7.5148E-17 5.4549E-20 -1.6468E-23
13 5.5349E-07 3.8742E-10 -1.5666E-14 1.3171E-17 1.3083E-20 -9.0221E-24
15 -3.5550E-09 1.5454E-14 -4.2142E-20 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
가변공간
초점 위치 공간 1 T(4) 공간 1 T(13) 초점 전이 이미지 거리
1 25.031 227.354 -1.830 12.573
2 26.294 213.849 -1.154 12.566
1차 데이타
f/수 4.00 4.00
배율 -0.1818 -0.1037
물체 높이 -869.00 -1524.0
물체 거리 -900.14 -1565.2
유효초점거리 178.81 170.48
이미지 거리 12.573 12.566
전체 길이 1356.8 2009.7
전방 정점 거리 456.67 444.42
배럴 길이 444.10 431.85
조리개표면번호 5 5
조리개까지의 거리 0.00 0.00
조리개 직경 73.024 69.240
입사동공 거리 88.419 88.943
출사동공 거리 -6246.4 -2940.9
엘리먼트의 1차 특성
엘리먼트 No. 표면 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 1 2 -0.55002E-02 -181.81 7.9311 2.4627
2 3 4 0.34935E-02 286.24 -7.4284 -13.525
3 6 7 0.67621E-02 147.88 2.0131 -5.3714
4 8 9 -0.10438E-01 -95.802 0.9875 -1.8762
5 10 11 0.31865E-02 313.82 -0.38351E-08 -6.0928
6 12 13 0.37160E-02 269.11 8.8774 2.2505
7 14 15 0.34012E-02 294.01 1.3389 -0.97909E-07
그룹의 1차 특성
그룹 No. 표면 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 1 4 -0.87724E-04 -11399. -3969.1 -6275.0
2 5 13 0.38798E-02 257.74 2.1688 -49.915
3 14 15 0.34012E-02 294.01 1.3389 -0.97909E-07
렌즈의 1차 특성
초점 위치 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 0.55926E-02 178.81 262.09 -196.91
2 0.58658E-02 170.48 249.53 -174.08
표면 No. 타입 반경 두께 글라스 투명공 직경
1 a 27156.6506 8.00000 아크릴릭 156.13
2 c 61.4019 54.48984 113.69
3 a 83.5640 18.00000 아크릴릭 98.60
4 592.1970 공간 1 95.06
5 a 106.4909 13.00000 아크릴릭 68.99
6 a -612.1763 18.45447 66.62
7 투명공조리개 16.00000 58.25
8 a -79.7997 6.00000 스티렌 61.03
9 c 277.3432 0.75000 73.29
10 230.4632 21.00000 SK5 76.92
11 -74.6603 0.50000 81.37
12 a -104.7869 10.00000 아크릴릭 84.05
13 a -175.5202 공간 2 91.82
14 ∞ 2.00000 아크릴릭 315.00
15 acf -145.1760 이미지 거리 316.34
부호 설명a-다항 비구면(polynomial asphere)c-원뿔부f-프레널
원뿔
표면 No. 상수
2 -2.9168E-01
9 -9.7917E+01
15 -1.0000E+00
짝수 다항 비구면
표면 No. D E F G H I
1 2.3908E-07 -3.4397E-11 2.4621E-15 1.2648E-19 -4.0977E-23 2.2303E-27
3 -3.8129E-07 3.9533E-12 -8.4237E-15 2.2693E-18 3.7384E-22 -3.6138E-26
5 9.8098E-07 2.6109E-10 2.0807E-14 4.2367E-17 1.6288E-20 -2.4869E-23
6 5.9783E-07 1.3543E-12 1.7372E-13 -4.5067E-17 -4.4564E-20 -3.1331E-25
8 -1.3838E-06 1.5573E-11 -5.1429E-13 -6.8140E-17 2.9291E-19 -2.4056E-22
12 2.0475E-07 4.6005E-11 4.2151E-14 -7.1866E-19 -5.4839E-21 1.0257E-24
13 3.5125E-07 7.9683E-11 9.2083E-15 -3.2327E-18 1.6141E-22 8.8822E-26
15 -3.5550E-09 1.5454E-14 -4.2141E-20 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
가변공간
초점 위치 공간 1 T(4) 공간 1 T(13) 초점 전이 이미지 거리
1 34.327 207.009 -0.823 12.493
2 35.479 193.765 -0.539 12.492
1차 데이타
f/수 4.00 4.00
배율 -0.1818 -0.1037
물체 높이 -869.00 -1524.0
물체 거리 -900.01 -1553.1
유효초점거리 175.49 167.37
이미지 거리 12.493 12.492
전체 길이 1322.0 1963.0
전방 정점 거리 422.02 409.93
배럴 길이 409.53 379.44
조리개표면번호 7 7
조리개까지의 거리 0.00 0.00
조리개 직경 57.578 54.700
입사동공 거리 80.298 80.825
출사동공 거리 -2056.5 -1434.2
엘리먼트의 1차 특성
엘리먼트 No. 표면 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 1 2 -0.79984E-02 -125.03 5.3736 0.12150E-01
2 3 4 0.51188E-02 195.36 -1.9588 -13.882
3 5 6 0.53945E-02 185.38 1.2986 -7.4652
4 8 9 -0.96608E-02 -103.51 0.83532 -2.9031
5 10 11 0.10219E-01 97.852 10.229 -3.3136
6 12 13 -0.18049E-02 -554.04 -10.413 -17.442
7 14 15 0.34012E-02 294.01 1.3389 -0.97909E-07
그룹의 1차 특성
그룹 No. 표면 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 1 4 -0.72934E-03 -1371.1 -363.23 -589.84
2 5 13 0.46009E-02 217.35 27.600 -52.653
3 14 15 0.34012E-02 294.01 1.3389 -0.97909E-07
렌즈의 1차 특성
초점 위치 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 0.56983E-02 175.49 240.68 -194.08
2 0.59746E-02 167.37 228.61 -171.70
표면 No. 타입 반경 두께 글라스 투명공 직경
1 a 773.3177 8.00000 아크릴릭 131.34
2 a 68.8038 공간 1 104.97
3 a 57.5756 20.00000 아크릴릭 85.07
4 a 43000.3193 33.11847 83.24
5 투명공조리개 18.00000 54.39
6 a -51.0808 8.00000 스티렌 55.33
7 20188.0991 0.75000 71.92
8 399.4017 20.00000 SK18 83.61
9 -62.2385 0.50000 84.84
10 -144.3189 10.00000 아크릴릭 91.68
11 a -162.3311 공간 2 99.98
12 ∞ 2.00000 아크릴릭 324.96
13 acf -145.1760 이미지 거리 326.20
부호 설명a-다항 비구면(polynomial asphere)c-원뿔부f-프레널
원뿔
표면 No. 상수
13 -1.0000E+00
짝수 다항 비구면
표면 No. D E F G H I
1 2.8065E-07 -9.5802E-12 3.4911E-15 -3.8405E-19 -1.1330E-22 1.8634E-26
2 -1.1685E-07 -1.3373E-10 5.3413E-14 -6.7212E-18 -5.2030E-21 9.4262E-25
3 6.3109E-09 -9.3902E-12 6.7268E-14 -8.4753E-18 -1.4957E-20 5.9849E-24
4 2.9658E-07 8.8683E-11 -2.7028E-14 -1.8565E-17 1.6503E-20 -3.2817E-24
6 -7.5920E-07 3.0930E-10 -1.9499E-12 7.5804E-16 1.3124E-18 -1.2617E-21
11 2.0900E-07 4.8660E-11 2.4565E-14 -1.5910E-17 5.0824E-21 -5.0813E-25
13 -3.5550E-09 1.5454E-14 -4.2142E-20 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
가변공간
초점 위치 공간 1 T(4) 공간 1 T(13) 초점 전이 이미지 거리
1 41.972 223.883 -2.707 9.996
2 38.104 217.390 -1.499 9.996
1차 데이타
f/수 4.00 4.02
배율 -0.1805 -0.1066
물체 높이 -900.58 -1524.0
물체 거리 -1057.8 -1827.7
유효초점거리 203.28 201.65
이미지 거리 9.9964 9.9964
전체 길이 1454.0 2213.6
전방 정점 거리 396.22 385.86
배럴 길이 386.22 375.86
조리개표면번호 5 5
조리개까지의 거리 0.00 0.00
조리개 직경 54.392 53.125
입사동공 거리 72.868 71.621
출사동공 거리 -9386.3 -5310.9
엘리먼트의 1차 특성
엘리먼트 No. 표면 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 1 2 -0.65135E-02 -153.53 5.9007 0.52500
2 3 4 0.85660E-02 116.74 -0.17948E-01 -13.405
3 6 7 -0.11678E-01 -85.628 -0.12657E-01 -5.0024
4 8 9 0.11708E-01 85.414 10.724 -1.6712
5 10 11 -0.30997E-03 -3226.1 -65.694 -73.893
6 12 13 -0.34012E-02 294.01 1.3389 -0.97909E-07
그룹의 1차 특성
그룹 No. 표면 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 1 2 -0.65135E-02 -153.53 5.9007 0.52500
2 3 11 0.76563E-02 130.61 42.328 -87.465
3 12 13 0.34012E-02 294.01 1.3389 -0.97909E-07
렌즈의 1차 특성
초점 위치 No. 파워 f' Ipp I'pp
1 0.49192E-02 203.28 271.74 -227.27
2 0.49590E-02 201.65 265.60 -211.65
실시예 No. 전방 유닛(U1) 강한 네거티브 엘리먼트(E1) 후방 유닛(U2) 전방 서브유닛 (U2S1) 후방 서브유닛 (U2S2) 프레널 렌즈(FL)
1 1 내지 4 1 내지 2 6 내지 13 6 내지 7 8 내지 13 14 내지 15
2 1 내지 4 1 내지 2 5 내지 13 5 내지 6 8 내지 13 14 내지 15
3 1 내지 2 1 내지 2 3 내지 11 3 내지 4 6 내지 11 12 내지 13
실시예 No. f0* f1 fE1 f2 f2S1 f2S2 PP22 tS1S2 f3
1 168.4 -11399.00 -181.81 257.74 147.88 -347.44 -49.92 21.99 294.01
2 165.1 -1371.10 -125.03 217.35 185.38 -7102.83 -52.65 34.45 294.01
3 187.9 -153.53 -153.53 130.61 116.74 535.47 -87.47 51.12 294.01
상기 표에서 f0 값은 프레널 렌즈(f3)를 포함하지 않는다. 프레넬 렌즈를 포함한 값은 실시예 1, 2 및 3에 대해 각각 178.81, 175.49 및 203.28이다.

Claims (16)

  1. 물체의 이미지를 형성하기 위하여, 이미지측으로부터 순차적으로 배열된 제 1 렌즈 유닛과 제 2 렌즈 유닛을 포함하고, 촛점길이(f0)를 갖되,
    (A) 상기 제 1 렌즈 유닛은 촛점길이(f1)를 갖고,
    (ⅰ) 촛점길이(fE1)를 가진 렌즈 엘리먼트;와
    (ⅱ) 적어도 하나의 왜곡 보정용 비구면;을 포함하며
    (B) 상기 제 2 렌즈 유닛은 촛점길이(f2)를 갖고, 이미지 측으로부터 순차적으로 배열된
    (ⅰ) 촛점길이(f2S1)를 가진 제 1 렌즈 서브유닛;과
    (ⅱ) 촛점길이(f2S2)를 갖고 공기층에 의해 상기 제 1 렌즈 서브유닛으로부터 분리된 제 2 렌즈 서브유닛;을 포함하고:
    상기 제 2 렌즈 서브유닛은 (a) 적어도 하나의 구면수차 보정용 비구면과, (b) 상기 렌즈 시스템에 축방향 색보정을 제공하기 위한 수단을 포함하며;
    여기서, ｜f1｜/f0＞0.75;
    fE1＜0;
    f2＞0;
    f2/f0＜2.0;
    f2S1＞0;
    f2S1/f0＜1.5; 및
    ｜f2S2｜/f0＞1.5 인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  2. 물체의 이미지를 형성하기 위하여, 이미지측으로부터 순차적으로 배열된 제 1 렌즈 유닛과 제 2 렌즈 유닛을 포함하고, 촛점길이(f0)를 갖되,
    (A) 상기 제 1 렌즈 유닛은 촛점길이(f1)를 갖고,
    (ⅰ) 촛점길이(fE1)를 가진 렌즈 엘리먼트;와
    (ⅱ) 적어도 하나의 왜곡 보정용 비구면;을 포함하며
    (B) 상기 제 2 렌즈 유닛은 촛점길이(f2)를 갖고, 이미지 측으로부터 순차적으로 배열된
    (ⅰ) 촛점길이(f2S1)를 가진 제 1 렌즈 서브유닛;과
    (ⅱ) 촛점길이(f2S2)를 갖고 공기층에 의해 상기 제 1 렌즈 서브유닛으로부터 분리된 제 2 렌즈 서브유닛;을 포함하고:
    상기 제 2 렌즈 서브유닛은 이미지 측으로부터 순차적으로 배열된 (a) 네거티브 렌즈 엘리먼트와, (b) 적어도 하나의 비구면을 가진 플라스틱 렌즈 엘리먼트를 포함하며;
    여기서, ｜f1｜/f0＞0.75;
    fE1＜0;
    f2＞0;
    f2/f0＜2.0;
    f2S1＞0;
    f2S1/f0＜1.5; 및
    ｜f2S2｜/f0＞1.5 인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 서브유닛의 플라스틱 렌즈 엘리먼트는 포지티브 축상 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 서브유닛의 플라스틱 렌즈 엘리먼트는 네거티브 축상 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 서브유닛의 네거티브 렌즈 엘리먼트는 제 2 렌즈 서브유닛의 포지티브 렌즈 엘리먼트보다 높은 분산을 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, ｜fE1｜/f0＜1.5 인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, tS1S2/f0＞0.1 이고, 상기 tS1S2는 제 1 및 제 2 렌즈 서브유닛간의 공기층 길이인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 렌즈는 이미지 방향으로 적어도 35°의 반시계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈 유닛의 최대 투명공은 제 2 렌즈 유닛의 최대 투명공보다 큰 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 유닛은 제 2 렌즈 서브유닛의 이미지 앞에 위치된 후방 주요지점을 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 렌즈는 이미지에서 1% 이하의 왜곡을 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 물체는 화소 패널인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 투사렌즈는 물체에서 화소보다 작은 가로색수차를 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈 유닛의 최대 투명공은 화소 패널의 대각선의 0.7배 이하인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
  15. 물체의 이미지를 형성하기 위하여,
    (a) 광원 및 상기 광원의 이미지를 형성하는 조명 광학기를 포함하는 조명 시스템;과
    (b) 상기 물체로 이루어진 화소 패널; 및
    (c) 제 1 항 또는 제 2 항의 투사렌즈를 포함하되, 상기 광원의 이미지는 조명 시스템의 출력인 것을 특징으로 하는 투사렌즈 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 시스템의 배율은 (ⅰ) 투사렌즈와 화소패널간의 거리;와 (ⅱ) 제 1 및 제 2 렌즈 유닛간의 거리를 변화시킴으로써 변화되는 것을 특징으로 하는 투사렌즈 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100693675B1 (ko) * 2003-04-10 2007-03-12 세이코 엡슨 가부시키가이샤 투사 렌즈 및 투사형 화상 표시 장치

Families Citing this family (73)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791629B2 (en) * 2000-11-09 2004-09-14 3M Innovative Properties Company Lens systems for projection televisions
JP3921160B2 (ja) * 2002-10-03 2007-05-30 株式会社タムロン 投射レンズ
US6853493B2 (en) * 2003-01-07 2005-02-08 3M Innovative Properties Company Folded, telecentric projection lenses for use with pixelized panels
US6765731B1 (en) 2003-03-28 2004-07-20 3M Innovative Properties Company Low element count projection lenses for use with pixelized panels
US7633655B2 (en) * 2003-10-10 2009-12-15 Yuping Yang Optical imaging device
US7164518B2 (en) 2003-10-10 2007-01-16 Yuping Yang Fast scanner with rotatable mirror and image processing system
JP4699032B2 (ja) * 2004-02-18 2011-06-08 富士フイルム株式会社 画像読取用レンズおよび画像読取装置
KR100859608B1 (ko) * 2004-05-17 2008-09-22 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 투사렌즈 및 배면투사형 프로젝션장치
US7002753B2 (en) * 2004-06-02 2006-02-21 3M Innovative Properties Company Color-corrected projection lenses for use with pixelized panels
US7009777B2 (en) * 2004-06-02 2006-03-07 3M Innovative Properties Company Compact projection lenses for use with large format pixelized panels
US7259801B2 (en) * 2004-06-02 2007-08-21 3M Innovative Properties Company Large-panel table-top rear projection television
JP2006003569A (ja) * 2004-06-16 2006-01-05 Fujinon Corp 大口径広角レンズおよびこれを備えたカメラ
US7145729B2 (en) * 2004-08-04 2006-12-05 3M Innovative Properties Company Foldable projection lenses
US7230770B2 (en) * 2004-08-04 2007-06-12 3M Innovative Properties Company Projection lenses having color-correcting rear lens units
GB0522968D0 (en) 2005-11-11 2005-12-21 Popovich Milan M Holographic illumination device
GB0718706D0 (en) 2007-09-25 2007-11-07 Creative Physics Ltd Method and apparatus for reducing laser speckle
TWI307813B (en) * 2006-10-23 2009-03-21 Young Optics Inc Zoom lens
CN101221278B (zh) * 2007-01-08 2010-05-19 扬明光学股份有限公司 变焦镜头
US7857463B2 (en) * 2007-03-29 2010-12-28 Texas Instruments Incorporated Optical system for a thin, low-chin, projection television
JP5095443B2 (ja) * 2008-02-28 2012-12-12 富士フイルム株式会社 画像読取レンズ及び画像読取装置
US9335604B2 (en) 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
US11726332B2 (en) 2009-04-27 2023-08-15 Digilens Inc. Diffractive projection apparatus
US11204540B2 (en) 2009-10-09 2021-12-21 Digilens Inc. Diffractive waveguide providing a retinal image
US8817392B2 (en) 2010-06-24 2014-08-26 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Wide field athermalized orthoscopic lens system
TWI403823B (zh) * 2010-07-20 2013-08-01 Asia Optical Co Inc Zoom projection lens
US8587873B2 (en) 2010-08-27 2013-11-19 3M Innovative Properties Company Wide-angle projection lens for projection display systems
WO2012027096A2 (en) 2010-08-27 2012-03-01 3M Innovative Properties Company Projection lens for projection display systems
KR101217745B1 (ko) * 2010-12-30 2013-01-02 주식회사 세코닉스 피코 프로젝터용 투사 렌즈 유닛
WO2012105181A1 (ja) * 2011-01-31 2012-08-09 富士フイルム株式会社 投写レンズおよび投写型表示装置
US9274349B2 (en) 2011-04-07 2016-03-01 Digilens Inc. Laser despeckler based on angular diversity
WO2016020630A2 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
WO2013027004A1 (en) 2011-08-24 2013-02-28 Milan Momcilo Popovich Wearable data display
US10670876B2 (en) 2011-08-24 2020-06-02 Digilens Inc. Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
US20150010265A1 (en) 2012-01-06 2015-01-08 Milan, Momcilo POPOVICH Contact image sensor using switchable bragg gratings
WO2013108622A1 (ja) * 2012-01-20 2013-07-25 富士フイルム株式会社 投写用ズームレンズおよび投写型表示装置
TWI476441B (zh) * 2012-04-24 2015-03-11 Sintai Optical Shenzhen Co Ltd 變焦鏡頭
JP6238965B2 (ja) 2012-04-25 2017-11-29 ロックウェル・コリンズ・インコーポレーテッド ホログラフィック広角ディスプレイ
WO2013167864A1 (en) 2012-05-11 2013-11-14 Milan Momcilo Popovich Apparatus for eye tracking
CN103713376B (zh) * 2012-09-28 2017-05-24 中强光电股份有限公司 投影镜头与光学引擎
US9933684B2 (en) * 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
WO2014129156A1 (ja) * 2013-02-19 2014-08-28 株式会社ニコン 光学系、光学機器及び光学系の製造方法
JP6236795B2 (ja) * 2013-02-19 2017-11-29 株式会社ニコン 光学系及び光学機器
JP6160112B2 (ja) * 2013-02-19 2017-07-12 株式会社ニコン 光学系及び光学機器
US10209517B2 (en) 2013-05-20 2019-02-19 Digilens, Inc. Holographic waveguide eye tracker
US8950674B2 (en) 2013-05-21 2015-02-10 Symbol Technologies, Inc. Apparatus for and method of imaging targets with a hybrid imaging lens assembly
WO2015015138A1 (en) 2013-07-31 2015-02-05 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for contact image sensing
WO2016020632A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Method for holographic mastering and replication
WO2016042283A1 (en) 2014-09-19 2016-03-24 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays
EP3198192A1 (en) 2014-09-26 2017-08-02 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide opticaltracker
EP3245551B1 (en) 2015-01-12 2019-09-18 DigiLens Inc. Waveguide light field displays
CN107873086B (zh) 2015-01-12 2020-03-20 迪吉伦斯公司 环境隔离的波导显示器
CN107533137A (zh) 2015-01-20 2018-01-02 迪吉伦斯公司 全息波导激光雷达
US9632226B2 (en) 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
US10459145B2 (en) 2015-03-16 2019-10-29 Digilens Inc. Waveguide device incorporating a light pipe
WO2016156776A1 (en) 2015-03-31 2016-10-06 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for contact image sensing
CN108474945B (zh) 2015-10-05 2021-10-01 迪吉伦斯公司 波导显示器
EP3398007A1 (en) 2016-02-04 2018-11-07 DigiLens, Inc. Holographic waveguide optical tracker
CN108780224B (zh) 2016-03-24 2021-08-03 迪吉伦斯公司 用于提供偏振选择性全息波导装置的方法和设备
WO2017178781A1 (en) 2016-04-11 2017-10-19 GRANT, Alastair, John Holographic waveguide apparatus for structured light projection
EP3548939A4 (en) 2016-12-02 2020-11-25 DigiLens Inc. UNIFORM OUTPUT LIGHTING WAVEGUIDE DEVICE
WO2018129398A1 (en) 2017-01-05 2018-07-12 Digilens, Inc. Wearable heads up displays
EP3698214A4 (en) 2017-10-16 2021-10-27 Digilens Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR MULTIPLICATION OF THE IMAGE RESOLUTION OF A PIXELIZED DISPLAY
US10914950B2 (en) 2018-01-08 2021-02-09 Digilens Inc. Waveguide architectures and related methods of manufacturing
JP7404243B2 (ja) 2018-01-08 2023-12-25 ディジレンズ インコーポレイテッド 導波管セル内のホログラフィック格子の高スループット記録のためのシステムおよび方法
EP4372451A2 (en) 2018-03-16 2024-05-22 Digilens Inc. Holographic waveguides incorporating birefringence control and methods for their fabrication
US11402801B2 (en) 2018-07-25 2022-08-02 Digilens Inc. Systems and methods for fabricating a multilayer optical structure
CN109031613B (zh) * 2018-08-14 2020-10-23 瑞声光学解决方案私人有限公司 摄像光学镜头
EP3924759A4 (en) 2019-02-15 2022-12-28 Digilens Inc. METHODS AND APPARATUS FOR MAKING A HOLOGRAPHIC WAVEGUIDE DISPLAY WITH INTEGRATED GRIDINGS
CN113728258A (zh) 2019-03-12 2021-11-30 迪吉伦斯公司 全息波导背光及相关制造方法
WO2020247930A1 (en) 2019-06-07 2020-12-10 Digilens Inc. Waveguides incorporating transmissive and reflective gratings and related methods of manufacturing
CN114341729A (zh) 2019-07-29 2022-04-12 迪吉伦斯公司 用于使像素化显示器的图像分辨率和视场倍增的方法和设备
EP4022370A4 (en) 2019-08-29 2023-08-30 Digilens Inc. VACUUM BRAGG GRATINGS AND METHODS OF MANUFACTURING
CN111522123B (zh) * 2019-12-18 2021-10-01 精微致远医疗科技(武汉)有限公司 一种微型浸液显微物镜

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4189211A (en) 1978-01-03 1980-02-19 Kollmorgen Corporation Wide angle telecentric projection lens assembly
US4461542A (en) 1981-12-28 1984-07-24 Hughes Aircraft Company High efficiency optical tank for three color liquid crystal light valve image projection with color selective prepolarization
US4425028A (en) 1981-12-28 1984-01-10 Hughes Aircraft Company High efficiency optical tank for three color liquid crystal light valve image projection with color selective prepolarization and single projection lens
US4801196A (en) * 1984-08-21 1989-01-31 U.S. Precision Lens, Incorporated Wide angle projection lens
JPH0627897B2 (ja) * 1985-04-19 1994-04-13 松下電器産業株式会社 投写レンズ
JPS6285212A (ja) * 1985-10-09 1987-04-18 Fuji Photo Optical Co Ltd 屈折式投影レンズ
US4826311A (en) 1987-07-24 1989-05-02 Hughes Aircraft Company Prism assembly with three periscopes and projection lenses for a single light valve full-color projector
US4989954A (en) * 1987-10-09 1991-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Projection type liquid cyrstal display device
JP2635404B2 (ja) 1989-03-23 1997-07-30 松下電器産業株式会社 投写型表示装置
US4963007A (en) * 1989-09-05 1990-10-16 U.S. Precision Lens, Inc. Color corrected projection lens
JP2801293B2 (ja) * 1989-10-03 1998-09-21 キヤノン株式会社 ズームレンズ
US5278698A (en) * 1990-07-06 1994-01-11 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Magnifying projecting lens
JPH04174812A (ja) 1990-11-08 1992-06-23 Canon Inc レトロフォーカス型レンズ
US5200861A (en) * 1991-09-27 1993-04-06 U.S. Precision Lens Incorporated Lens systems
JP3191961B2 (ja) * 1991-10-25 2001-07-23 富士写真光機株式会社 ２群構成のズームレンズ
US5218480A (en) * 1991-12-03 1993-06-08 U.S. Precision Lens Incorporated Retrofocus wide angle lens
US5313330A (en) 1992-08-31 1994-05-17 U.S. Precision Lens Incorporated Zoom projection lens systems
JPH06347695A (ja) * 1993-06-14 1994-12-22 Nikon Corp 投影レンズ
US5625495A (en) * 1994-12-07 1997-04-29 U.S. Precision Lens Inc. Telecentric lens systems for forming an image of an object composed of pixels
JP3394107B2 (ja) 1995-01-19 2003-04-07 三菱電機株式会社 ズームレンズ及び投写型表示装置
JP3753758B2 (ja) * 1995-05-24 2006-03-08 フジノン株式会社 液晶ビデオプロジェクタ
JP3625923B2 (ja) * 1995-09-28 2005-03-02 フジノン株式会社 レトロフォーカス型レンズ
JPH09304694A (ja) * 1995-11-07 1997-11-28 Nikon Corp 投射レンズ系及びそれを備えた投射装置
US5963375A (en) * 1996-01-31 1999-10-05 U.S. Precision Lens Inc. Athermal LCD projection lens
JPH09318876A (ja) * 1996-03-22 1997-12-12 Nikon Corp 投射レンズ系及びそれを備えた投射装置
US5841587A (en) 1996-04-29 1998-11-24 U.S. Precision Lens Inc. LCD projection lens
US6094311A (en) * 1996-04-29 2000-07-25 U.S. Precision Lens Inc. LCD projection lens
US5870228A (en) * 1996-05-24 1999-02-09 U.S. Precision Lens Inc. Projection lenses having larger back focal length to focal length ratios
US5969874A (en) * 1996-05-30 1999-10-19 U.S. Precision Lens Incorporated Long focal length projection lenses
DE69726352T2 (de) * 1996-08-16 2004-09-09 3M Innovative Properties Co., St. Paul Miniaturprojektionszoomobjektiv zur Verwendung mit Anzeigetafel mit Pixelmatrix
US5991089A (en) * 1997-01-31 1999-11-23 U.S. Precision Lens Inc. Long focal length projection lenses for use with large pixelized panels
US5900987A (en) * 1997-02-13 1999-05-04 U.S. Precision Lens Inc Zoom projection lenses for use with pixelized panels
KR20010021697A (ko) * 1997-07-11 2001-03-15 존 디. 루돌프 고성능 투사 텔레비젼 렌즈 시스템
US6417971B1 (en) * 1997-08-05 2002-07-09 U.S. Precision Lens Incorporated Zoom projection lens having a lens correction unit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100693675B1 (ko) * 2003-04-10 2007-03-12 세이코 엡슨 가부시키가이샤 투사 렌즈 및 투사형 화상 표시 장치

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