KR20020035564A - 렌즈 어레이에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 렌즈 장치 내의 직경이 가장 큰 렌즈 표면인 전방 렌즈 표면을 갖는 전방 렌즈 소자를 구비하는 적어도 두개의 렌즈 소자를 포함하는 렌즈 장치의 어레이에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치로서, 상기 복합 렌즈 장치의 출사 동공은 상기 전방 렌즈 표면의 에지의 평면에 위치되어 경계를 형성한다. 이는 어레이 내의 복합 렌즈 장치들을 맞닿도록 할 수 있다. 특히, 본 발명은 투영기들에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치에 관한 것으로서, 상기 복합 렌즈 장치는 오토스테레오 투영 시스템 내의 어레이에 사용되어 인접하는 두영기들이 맞닿도록 한다.

Description

렌즈 어레이에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치{Compound lens arrangement for use in lens arrays}

공지된 다각적 오토스테레오 투영 시스템에 있어서, 물체의 다양한 시각을 나타내는 복수의 투영기로부터의 이미지는 필드 렌즈(field lens)와 같은 방향 선택식 투영 스크린상으로 투영된다. 상기 스크린은 "관찰자 공간(viewer space)" 내의 투영기 렌즈 출사 동공들(projector lens exit pupils)의 이미지들의 어레이를 교정하는 특성을 가지므로, 상기 스크린의 각각의 관찰자는 스테레오 이미지쌍을 관찰하고 그에 따라 삼차원 이미지를 관찰한다. 따라서, 관찰자가 인접하는 이미지들 사이를 수평하게 교차하여 관찰하면, 삼차원 이미지는 불연속적으로 또는 "플립(flips)식으로" 변형된다. 이러한 형태의 디스플레이에서의 문제점은 상기 관찰자에 의해 관찰된 이미지가 투영 렌즈들 사이의 갭(gap)과 관련된 암부(darkregions)에 의해 분리된다는 것이다.

버터워스-하이네만 리미티드(Butterworth-Heinemann Ltd.)에 의해 1993년에 발행된 제 1판 제 14권의 "디스플레이(Displays)" 항목에 기재된 알 보너(R Borner)에 의한 제목이 "Autostereoscopic 3D-imaging by front and rear projection and on flat panel displays"인 논문에서는, 서로에 대해 수평하게 오프셋되는 적어도 두개의 수직하게 이격된 투영기 렌즈들의 어레이를 사용하여 투영기 렌즈들의 출사 동공들을 중복시킴으로써 상기한 문제점이 다뤄진다. 이러한 방식에 있어서, 제 1 층에 위치된 투영기 렌즈의 출사 동공의 축선은 제 2 층에 위치되는 인접하는 두개의 투영기 렌즈들의 출사 동공들의 축선들 사이에 위치되는 수평면 내에 위치된다. 다른 층들로부터의 투영기 렌즈 출사 동공들의 이미지들은 "관찰자 공간" 내의 이미지들 사이의 암부를 제거하기 위해 렌티큘러 스크린(lenticular screens)을 사용하여 "관찰자 공간" 내에서 중복될 수 있다. 유료 디스플레이 '96(Euro Display '96)에 발행된 지. 베이더(G. Bader), 이. 루에더(E. Lueder) 및 제이. 푸어만(J. Fuhrmann)에 의한 제목이 "An autostereoscopic real-time 3D display system"인 논문에서 유사한 방법이 사용된다. 상기 다층 장치를 사용하는 디스플레이 장치는 매우 복잡해질 수 있으며, 출사 동공 이미지를 전개하기 위해 렌티큘러 어레이를 사용하게 되면 투영된 영상의 품질을 저하시킬 수 있다.

SPIE Volume 2219 Cockpit Displays(1994)에 발행된 고든 알. 리틀(Gordon R. Little), 스티븐 씨. 구스타프손(Steven C. Gustafson), 및 바실리키 이. 니콜라이(Vasiliki E. Nikolaou)에 의한 제목이 "Multiperspective autostereoscopic display"인 논문에서, "관찰자 공간"에서의 인접하는 이미지들 사이의 갭의 문제는 인접하는 이미지들 사이의 임의의 갭을 제거하도록 "관찰자 공간" 내의 각각의 이미지를 전개하기 위해 렌티큘러 어레이 및 프레넬 렌즈를 포함하는 동공 형성 스크린을 사용함으로써 해결된다. 이는 디스플레이의 해상도를 감소시킴으로써 투영된 영상의 품질을 저하시키는 단점을 갖는다.

본 발명은 렌즈들로 이루어진 어레이들(arrays of lenses)에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치(compound lens arrangement), 특히 렌즈들로 이루어진 어레이들에 사용하거나 다각적 오토스테레오 투영 시스템(multi-perspective autostereo projection systems)에 배열된 투영기에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치에 관한 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 복합 렌즈를 각각 포함하는 투영기들로 이루어진 어레이와 방향 선택식 투영 스크린을 사용하는 다각적 오토스테레오 디스플레이 시스템을 개략적으로 도시한 도면.

도 1b는 본 발명에 따른 복합 렌즈를 각각 포함하는 투영기들로 이루어진 어레이와 필드 렌즈를 사용하는 다각적 오토스테레오 디스플레이 시스템을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 복합 렌즈 장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.

도 3은 도 2의 복합 렌즈 장치의 변조 전달 함수의 그래프를 도시한 도면.

도 4는 도 2의 복합 렌즈의 전방 렌즈 소자의 상부를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 복합 렌즈 장치의 제 2 실시예를 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 복합 렌즈 장치의 제 3 실시예를 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 복합 렌즈 장치를 제조하는 방법에 포함되는 단계들을 도시한 도면.

본 발명은 복잡한 디스플레이 장치를 필요로 하지 않으며 관찰자에 의해 관찰된 이미지의 해상도를 감소시키지 않으면서 "관찰자 공간" 내의 이미지들 사이의 암부의 문제점을 실질적으로 제거하는 렌즈 어레이에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치를 제공함으로써 적어도 몇가지의 상술된 문제점을 극복하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 복합 렌즈 장치 내의 직경이 가장 큰 렌즈 표면인 전방 렌즈 표면을 갖는 전방 렌즈 소자를 구비하는 적어도 두개의 렌즈 소자를 포함하는 렌즈 장치의 어레이에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치가 제공되고, 상기 복합 렌즈 장치의 출사 동공은 상기 전방 렌즈 표면의 에지의 평면에 위치되어 경계를 형성한다. 상기 복합 렌즈 장치에 있어서, 출사 동공은 상기 장치의 최대 직경의 렌즈 표면에서 장치의 전방에 위치되고, 이는 상기 복합 렌즈 장치의 어레이에서 인접하여 맞닿는 렌즈 장치가 인접하여 맞닿는 출사 동공을 가지게 된다는 것을 의미한다. 따라서, 인접하는 복합 렌즈 장치들의 출사 동공들 사이에는 갭이 존재하지 않게 되므로, 본 발명은 오토스테레오 투영 시스템에서 "관찰자 공간" 내의 이미지들 사이에서의 암부의 문제점을 제거하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 복합 렌즈 장치는 출사 동공들이 맞닿아 있는 렌즈 어레이의 사용을 필요로 하는 임의의 분야에 사용할 수 있다.

개구 조리개(aperture stop)는 복합 렌즈의 전방 렌즈 소자 내에 위치될 수 있다. 양호하게는, 렌즈의 개구 조리개는 복합 렌즈 장치의 전방 렌즈 소자 이외의 렌즈 소자(들)의 전방에 위치되고, 이는 개구 조리개에 대한 렌즈 장치의 대칭을 개선하고 복합 렌즈 내의 코마, 왜곡 및 횡단 색조를 감소시킨다. 복합 렌즈 장치의 개구 조리개는 전방 렌즈 소자의 후방 렌즈 표면에서 복합 렌즈 장치의 광학 축선을 교차하는 평면에 위치될 수 있다.

전방 렌즈 소자는 그 자체가 복합 렌즈일 수 있고 또는 선택적으로 단일 렌즈일 수 있다. 전방 렌즈 소자의 후방 렌즈 표면은 오목면인 것이 바람직하고 또한, 전방 렌즈 소자의 전방 렌즈 표면은 볼록면인 것이 바람직하다.

양호한 장치에서, 전방 렌즈 소자는 복합 렌즈 장치 내의 직경이 가장 큰 렌즈 소자이다.

본 발명의 제 1 양태는 출사 동공이 최종(또는 전방) 표면에 위치되어 있는 복합 렌즈 장치에 관한 것이고, 상기 출사 동공의 에지는 출사 동공이 위치되는 평면과 상기 최종 표면의 교차 링이 된다. 출사 동공의 직경은 복합 렌즈 장치의 최대 직경을 한정하고, 출사 동공의 반경은 비녜트 처리(vignetting) 없이 복합 렌즈를 통해 추적된 모든 광선 높이보다 크거나 같다. 따라서, 상기 몇개의 복합 렌즈들이 그 출사 동공들이 맞닿도록 하나의 어레이에 배열될 수 있으므로, 상기 복합 렌즈 어레이가 복수-투영기 오토스테레오스코프식 디스플레이 내의 투영 렌즈 어레이로서 사용될 때 암부가 존재하지 않게 된다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 본 발명의 제 1 양태에 따른 복합 렌즈 장치를 포함하는 상기 투영기들의 어레이에 사용하기 위한 투영기가 제공된다. 상술된 바와 같이, 상기 투영기는 오토스테레오 투영 시스템의 "관찰자 공간" 내의 이미지들 사이의 갭을 제거하기 위해 오토스테레오 투영 시스템 내에서 맞닿는 상기 투영기들의 어레이에 사용될 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 본 발명의 제 2 양태에 따른 투영기 어레이를 포함하는 오토스테레오 투영 시스템이 제공된다.

본 발명의 제 4 양태에 따르면, 하기의 단계들을 포함하는 상기 렌즈들의 어레이에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치의 제조 방법이 제공된다;

복합 렌즈 장치의 전방 렌즈 소자의 재료와, 상기 전방 렌즈 소자의 전방 렌즈 표면의 직경과, 상기 전방 렌즈 소자의 전방 및 후방 렌즈 표면의 곡률 반경을 한정하고, 상기 전방 렌즈 표면의 에지의 평면에서 경계를 형성하는 복합 렌즈 장치의 출사 동공의 위치를 한정하는 단계,

상기 단계에서 한정된 파라미터에 기초해서, 광선 추적 수단을 사용하여 전방 렌즈 소자를 통과하는 외곽 광선을 추적함으로써 복합 렌즈 장치의 개구 조리개의 위치 및 크기를 추적하는 단계,

전방 렌즈 소자를 통과하는 외곽 광선 높이가 출사 동공에서 가장 높아질 때까지 상기 단계들을 반복한 후 상기에 한정된 파라미터들을 고정하는 단계,

복합 렌즈 장치의 나머지 렌즈 표면들의 직경을 전방 렌즈 소자의 전방 렌즈 표면의 직경보다 작게 한정하여 복합 렌즈 장치의 기능을 한정하는 단계,

상기 나머지 렌즈 표면들이 상기에 한정된 전방 렌즈 소자를 통과하는 외곽 광선 높이와 출사 동공 사이의 관계를 변경시키지 않는 방식으로 복합 렌즈 장치의 나머지를 설계하기 위해 광선 추적 수단을 사용하는 단계.

양호하게는, 상기 방법의 제 1 단계에서 한정된 파라미터들은 개구 조리개의 직경이 출사 동공의 직경보다 작을 때에만 고정된다.

이러한 방법은 본 발명의 제 1 양태에 따른 복합 렌즈 장치를 제조하는데 사용될 수 있으며, 본 발명의 제 1 양태와 관련된 이점을 갖는다.

외곽 광선이라는 용어는 일반적으로 렌즈 시스템의 개구 조리개 또는 입사 또는 출사 동공의 에지를 통과하는 광선들을 나타내는데 사용된다. 상기 외곽 광선은 물체 지점으로부터 렌즈 시스템을 통해 추적된 광선들 중에서 가장 높은(즉, 광학 축선으로부터 가장 멀리 이동하는) 광선이다. 본 발명에 따른 복합 렌즈에 있어서, 외곽 광선은 출사 동공이 실제 이미지이기 때문에 출사 동공의 에지를 통과하게 된다.

양호하게는, 전방 렌즈 소자의 전방 렌즈 표면의 직경을 한정하는 단계는 전방 렌즈 소자의 직경을 한정하는 단계를 포함한다.

양호하게는, 복합 렌즈 장치의 기능을 한정하는 단계는 특정한 물체 및 이미지 거리에 따라 복합 렌즈 장치를 유한 공통 렌즈(finite conjugate lens)로서 한정하는 단계를 포함하고, 상기 복합 렌즈는 오토스테레오 투영 시스템의 투영기에 사용하기에 적합해진다. 선택적으로, 복합 렌즈 장치는 유무한 공통 렌즈 소자(finite-infinite conjugate lens element)로서 한정된다.

본 발명의 목적을 위해, 개구 조리개는 출사 동공의 이미지로서 한정된다.

본 발명은 첨부도면을 참조로 하기에 예로서 설명될 것이다.

도 1a 및 도 1b는 물체 또는 장면의 다양한 시각에서 취해진 이미지를 세개의 투영기(2, 4, 6)가 각각 투영하는 다각적 오토스테레오 디스플레이 시스템을 도시한다. 각각의 렌즈의 출사 동공이 렌즈의 정면과 일치하고 렌즈의 전방 소자가 가장 큰 직경을 가지도록, 각각의 투영기(2, 4, 6)는 후술되는 바와 같이 설계된 본 발명에 따른 각각의 복합 렌즈 장치(12, 14, 16)를 포함한다. 이는 복합 렌즈들(12, 14, 16)의 출사 동공이 서로 접하도록 인접하여 위치될 수 있어서 인접하는 투영기 렌즈들(12, 14, 16)의 출사 동공들 사이의 임의의 갭을 제거한다는 것을 의미한다.

도 1a에 도시된 방향 선택식 투영 스크린(8a) 또는 도 1b에 도시된 필드 렌즈(8b)는 관찰자 공간 내의 투영기 렌즈 출사 동공들의 이미지들을 교정하여 이미지(22, 24, 26)를 형성하고, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 이미지들 중 인접하는 이미지들은 서로 접하여 "관찰자 공간" 내의 인접하는 이미지들 사이의 갭을 제거한다. 제 1 관찰 위치에 위치된 관찰자(10)는 투영기(2)로부터의 이미지(22)를 하나의 눈으로 관찰하고 동일한 물체 또는 장면을 나타내는 투영기(4)로부터의 이미지(24)를 다른 눈에서 다른 시각으로 관찰하므로, 상기 관찰자는 제 1 시각에서 삼차원 이미지를 관찰하게 된다. 만약, 상기 관찰자가 그 자신의 머리를 도 1a에서 왼쪽으로 또는 도 1b에서 위쪽으로 이동시켜 제 2 관찰 위치에 위치되면, 관찰자는 하나의 눈으로는 투영기(4)로부터의 이미지(24)를 관찰하게 되고 다른 눈으로는 투영기(6)로부터의 이미지(26)를 관찰하게 되므로, 제 2 시각에서 상기 물체 또는 장면의 삼차원 이미지를 관찰하게 된다. 제 1 관찰 위치로부터 제 2관찰 위치로의 이동에 있어서, 관찰된 삼차원 이미지는 제 1 시각과 제 2 시각 사이에서 플립식으로 움직이지만, 인접하는 이미지들(22 및 24) 또는 인접하는 이미지들(24 및 26) 사이에 갭이 존재하지 않기 때문에 관찰자(10)에 의해 관찰된 다른 이미지들 사이에는 암부가 존재하지 않게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 복합 렌즈 장치는 투영기들(2, 4, 6)을 맞닿게 할 수 있으므로 관찰 영역들(22, 24, 26) 사이에 조도의 감쇠는 없다는 것을 알 수 있다. 이는 "관찰자 공간"에서 이미지들(22, 24, 26)의 해상도를 손상시키지 않고 간단한 단일층 투영기 장치를 제공한다.

복합 렌즈들의 에지들이 접하도록 하나의 어레이에 위치시킬 수 있도록 하기 위해 맞닿아야만 하는 것은 렌즈들의 개구 조리개가 아니라 렌즈들의 출사 동공이다. 상기 출사 동공은 일반적으로 렌즈의 이미지측(또는 이미지 공간)으로부터 관찰되는 개구 조리개의 이미지로서 한정된다. 종래의 렌즈 설계에 있어서, 출사 동공은 렌즈 내부에 깊게 형성되며 둘 사이에 차이가 거의 없는 개구 조리개에 충분히 밀착되는 가상 이미지이다. 그러나, 개구 조리개와 출사 동공 사이에서 복합 렌즈의 렌즈 소자들이 적절하게 밀착되면, 출사 동공의 에지들을 복합 렌즈의 정면의 에지들에 일치시킬 수 있다. 개구 조리개의 위치가 렌즈 본체 내에 유지되더라도 이러한 복합 렌즈의 정면이 복합 렌즈의 최대 직경부이면, 인접하는 렌즈들의 출사 동공은 맞닿게 될 수 있다. 이러한 복합 렌즈 장치에는 개구 조리개의 양측에 렌즈 소자들이 제공되고, 상기 개구 조리개의 일측에 대한 렌즈 소자들은 복합 렌즈 내의 개구 조리개의 타측에 대한 수차를 보상할 수 있다는 것에 주의해야 한다. 인접하는 렌즈 장치들의 출사 동공들이 물리적으로 맞닿도록 하기 위해 출사 동공 뒤쪽의 모든 렌즈들은 출사 동공보다 작은 직경을 가지도록 유지된다.

도 2는 본 발명에 따라 설계된 복합 렌즈(30)의 제 1 실시예를 도시한다. 상기 렌즈는 광선 추적 알고리즘(ray tracing algorithms)을 이용하는 미국 캘리포니아 91107 파사데나 이스트 풋힐 불바드 3-80(3-80 East Foothill Boulevard, Pasadena, California 91107, USA) 소재의 광학 조사 협회(Optical Research Associates)로부터 구할 수 있는 렌즈 설계 소프트웨어인 코드 V(Code V)를 사용하여 설계된다.

도 2의 복합 렌즈(30)는 4개의 렌즈 소자(32, 34, 36, 38)를 포함하고, 25mm의 유효 초점 거리(effective focal length)와, 2.5의 F-넘버(F-number)와, 20°의 시계각(field angle)을 갖는다. 개구 조리개는 점선으로 도시된 평면(40)[즉, 주광선(44; principle)이 축선(42)을 교차하는 지점에서 렌즈(30)의 광학 축선(42)에 수직한 평면]에 위치된다. 렌즈(30)가 개구 조리개에 대해 대칭이 아니므로 렌즈(30)는 10°의 시계각에서 0.05mm의 수차를 얻기에 충분한 높은 정도의 코마를 갖는다는 것을 알 수 있다. 이러한 렌즈(30)가 대략 색수차가 보정되어 있을 지라도(achromatic), 30 cycles/mm에서의 그 변조 전달 함수는 임의의 시계 지점(도 3 참조)에 대해 적어도 0.5이다.

도 2에는 8개의 렌즈 표면(a 내지 h)을 포함하는 4개의 렌즈 소자(32, 34, 36, 38)가 도시된다. 렌즈 소자(32)는 전방 렌즈 소자이며 도 1a 및 도 1b 각각의 장치에서 스크린(8a) 또는 필드 렌즈(8b)를 향하는 소자이다. 전방 렌즈 소자(32)는 F5 SCHOTT 글래스로 제조되며, 10.00mm의 곡률 반경을 갖는 정면(a)과, 36.89mm의 곡률 반경을 갖는 후면(b)과, 그 광학 축선(42)을 따라 2.00mm의 두께를 갖는다. 제 2 렌즈 소자(34)는 PSK53A SCHOTT 글래스로 제조되며, 10.14mm의 곡률 반경을 갖는 정면(c)과, -22.06mm의 곡률 반경을 갖는 후면(d)과, 그 광학 축선(42)을 따라 5.10mm의 두께를 갖는다. 전방 렌즈 소자(32)의 후면(b)과 제 2 렌즈 소자(34)의 정면(c) 사이의 계면에서 주광선(44)이 복합 렌즈(30)의 광학 축선(42)을 교차하므로, 상기 계면에서 상기 광학 축선(42)에 수직하게 교차하는 평면에 복합 렌즈(30)의 개구 조리개가 위치된다는 것에 주의해야 한다. 제 3 렌즈 소자(36)는 제 2 렌즈 소자(34)의 후면(d) 뒤로 렌즈 소자들의 광학 축선(42)을 따라 0.10mm 거리에 위치된다. 상기 제 3 렌즈 소자는 SF4 SCHOTT 글래스로 제조되며, -18.36mm의 곡률 반경을 갖는 정면(e)과, 5.79mm의 곡률 반경을 갖는 후면(f)과, 그 광학 축선(42)을 따라 0.55mm의 두께를 갖는다. SF4 SCHOTT 글래스로 제조되는 후방 렌즈 소자(38)는 제 3 렌즈 소자(36)의 후면(f) 뒤로 렌즈 소자들의 광학 축선(42)을 따라 6.05mm의 거리에 위치된다. 후방 렌즈 소자(38)는 14.63mm의 곡률 반경을 갖는 정면(g)과, 62.17mm의 곡률 반경을 갖는 후면(h)과, 그 광학 축선(42)을 따라 6.00mm의 두께를 갖는다.

복합 렌즈(30)의 출사 동공은 도 2에서 점선으로 도시된 평면(46)에 위치되고, 전방 렌즈 소자(32)의 정면(a) 주변에 의해 경계가 형성된다. 이는 평면(40)에 놓인 출사 동공의 가상 이미지인 개구 조리개를 구비한 전방 렌즈 소자(32)의 상부를 도시하는 도 4에 보다 명확하게 도시된다. 전방 렌즈 소자(32)가 없을 경우에는, 모두 3개의 시계 지점(44, 48, 50)으로부터의 외곽 광선(marginal ray)은 점선으로 도시된 바와 같은 광선 구조로 지점(52)에서 교차된다. 지점(52)은 도 2의 복합 렌즈(30)의 개구 조리개의 상부 에지를 한정한다. 전반 렌즈 소자(32)를 추가하게 되면 그 후면(b)에서 외곽 광선들을 굴절시키므로, 상기 광선들은 복합 렌즈의 출사 동공(46)의 상부 에지인 지점(54)에서 교차된다. 상기 출사 동공은 개구 조리개의 이미지측에서의 개구 조리개의 이미지이고, 광학 축선(42)에 수직한 평면에 위치되며 교차 지점(54)에 의해 경계가 정해진다. 전방 렌즈 소자(32)는 교차 지점(54)이 전방 렌즈 소자(32)의 정면(a)의 주변에 위치되도록 설계된다. 복합 렌즈(30)는 전방 렌즈 소자(32)의 정면(a)의 주변이 복합 렌즈에 사용되는 임의의 다른 렌즈 소자의 주변보다 크도록 설계된다. 이러한 방식에서, 인접하는 복합 렌즈들(30)은 그들의 출사 동공들이 맞닿은 상태에서 하나의 어레이에 함께 위치될 수 있다.

상기 개구 조리개는 출사 동공의 가상의 이미지이다. 개구 조리개의 높이는 지점(52)으로부터 광학 축선(42)까지의 거리이고, 출사 동공에서의 외곽 광선의 높이는 지점(54)으로부터 광학 축선(42)까지의 거리이다. 전방 렌즈 소자(32)를 통과하는 모든 경로에서의 외곽 광선의 높이는 출사 동공에서의 외곽 광선의 높이보다 낮다는 것을 확인할 수 있다.

전방 렌즈 소자(32)는 하나 이상의 렌즈 소자를 포함하는 복합 렌즈 소자일 수 있다는 점에 주의해야 한다.

복합 렌즈(30)는 상술된 바와 같이 Code V 소프트웨어 제품을 사용하여 설계된다. 상기 렌즈는 하기의 방법에 따라 제조되며, 그 방법의 단계들은 도 7에 도시된다:

1. 전방 렌즈(32)의 재료를 한정하는 단계, 도 2의 실시예에서의 재료는 F5 SCHOTT 광학 글래스(도 7에서 80으로 지시된 박스).

2. 전방 렌즈 소자(32)의 직경을 한정하는 단계(박스 82).

3. 전방 렌즈 소자(32)의 정면(a) 및 후면(b)의 곡률 반경을 한정하는 단계(박스 84).

4. 전방 렌즈(32)의 정면(a)의 에지와 교차하는 복합 렌즈의 광학 축선에 수직한 평면에 위치되도록 출사 동공의 위치를 한정하고, 상기 출사 동공이 전방 렌즈(32)의 정면(a)의 주변에 의해 경계를 이루도록 한정하는 단계(박스 86).

5. 전방 렌즈 소자(32)를 통과하는(출사 동공의 에지를 통과하는) 외곽 광선을 추적함으로써 개구 조리개(40)의 직경 및 위치를 발견하기 위해 광선 추적용 Code V 소프트웨어를 사용하는 단계(박스 88).

6. 개구 조리개가 출사 동공보다 작은 직경을 가지게 되고 전방 렌즈 소자를 통해 추적될 때의 외곽 광선의 높이가 출사 동공에서보다 낮아지게 될 때까지 상기 단계 1 내지 단계 5를 반복하는 단계(박스 92를 경유하는 박스 80 내지 박스 90). 그후, 상기에 한정된 파라미터들을 고정하는 단계(박스 94를 경유하는 박스 96).

7. 복합 렌즈의 나머지 렌즈 소자들의 직경이 전방 렌즈 소자(32)의 직경보다 작아지도록 한정하는 단계(박스 98).

8. 예를 들어 도 2의 실시예의 경우에는, 복합 렌즈(30)가 특정한 물체 및이미지 거리에 따라 유한 공통 렌즈로서 한정되는 복합 렌즈의 기능을 한정하는 단계(박스 100)와, 전방 렌즈 소자를 통과하는 외곽 광선 높이와 출사 동공 사이의 관계를 변경시키지 않고 Code V 소프트웨어를 사용하여 복합 렌즈의 나머지를 설계하는 단계(박스 102).

상기 방법에 따라 설계된 본 발명에 따른 복합 렌즈의 두가지 추가의 실시예는 도 5 및 도 6에 도시된다.

도 5에 도시된 복합 렌즈(60)는 8개의 렌즈 표면(a 내지 h)을 포함하는 4개의 렌즈 소자(62, 64, 66, 68)를 포함한다. 렌즈 소자(62)는 전방 렌즈 소자이고, 도 1a 및 도 1b의 장치에서 스크린(8a) 또는 필드 렌즈(8b)를 향하는 소자이다. 상기 전방 렌즈 소자(62)는 SF57 SCHOTT 글래스로 제조되며, 10.00mm의 곡률 반경을 갖는 정면(a)과, 13.78mm의 곡률 반경을 갖는 후면(b)과, 그 광학 축선(42)을 따라 1.45mm의 두께를 갖는다. 전방 렌즈 소자(62)의 후면(b)에서 주광선(44)이 복합 렌즈(60)의 광학 축선(42)을 교차하므로, 상기 후면(b)에서 상기 광학 축선(42)에 수직하게 교차하는 평면(40)에 복합 렌즈(60)의 개구 조리개가 위치된다는 것에 주의해야 한다. 제 2 렌즈 소자(64)는 전방 렌즈 소자(62)의 후면(b) 뒤로 렌즈 소자들의 광학 축선(42)을 따라 0.30mm의 거리에 위치된다. 상기 제 2 렌즈 소자(64)는 SSK2 SCHOTT 글래스로 제조되며, 10.16mm의 곡률 반경을 갖는 정면(c)과, -30.65mm의 곡률 반경을 갖는 후면(d)과, 그 광학 축선(42)을 따라 3.11mm의 두께를 갖는다. 제 3 렌즈 소자(66)는 제 2 렌즈 소자(64)의 후면(d) 뒤로 렌즈 소자들의 광학 축선(42)을 따라 0.34mm 거리에 위치된다. 상기 제 3 렌즈 소자(66)는 SF59 SCHOTT글래스로 제조되며, -24.66mm의 곡률 반경을 갖는 정면(e)과, 7.21mm의 곡률 반경을 갖는 후면(f)과, 그 광학 축선(42)을 따라 4.07mm의 두께를 갖는다. SF59 SCHOTT 글래스로 제조되는 후방 렌즈 소자(68)는 제 3 렌즈 소자(66)의 후면(f) 뒤로 렌즈 소자들의 광학 축선(42)을 따라 1.46mm의 거리에 위치된다. 상기 후방 렌즈 소자(68)는 16.10mm의 곡률 반경을 갖는 정면(g)과, -51.68mm의 곡률 반경을 갖는 후면(h)과, 그 광학 축선(42)을 따라 1.14mm의 두께를 갖는다.

복합 렌즈(60)의 출사 동공은 도 5에서 점선으로 도시된 평면(46)에 위치되고, 전방 렌즈 소자(62)의 정면(a)의 주변에 의해 경계가 형성된다.

도 6에 도시된 복합 렌즈(70)는 8개의 렌즈 표면(a 내지 h)을 포함하는 4개의 렌즈 소자(72, 74, 76, 78)를 포함한다. 렌즈 소자(72)는 전방 렌즈 소자이고, 도 1a 및 도 1b의 장치에서 스크린(8a) 또는 필드 렌즈(8b)를 향하는 소자이다. 상기 전방 렌즈 소자(72)는 SF57 SCHOTT 글래스로 제조되며, 10.00mm의 곡률 반경을 갖는 정면(a)과, 13.78mm의 곡률 반경을 갖는 후면(b)과, 그 광학 축선(42)을 따라 1.45mm의 두께를 갖는다. 전방 렌즈 소자(72)의 후면(b)에서 주광선(44)이 복합 렌즈(70)의 광학 축선(42)을 교차하므로, 상기 후면(b)에서 상기 광학 축선(42)에 수직하게 교차하는 평면(40)에 복합 렌즈(70)의 개구 조리개가 위치된다는 것에 주의해야 한다. 제 2 렌즈 소자(74)는 전방 렌즈 소자(72)의 후면(b)에 맞닿는다. 상기 제 2 렌즈 소자(74)는 SSK2 SCHOTT 글래스로 제조되며, 9.56mm의 곡률 반경을 갖는 정면(c)과, -37.45mm의 곡률 반경을 갖는 후면(d)과, 그 광학 축선(42)을 따라 1.72mm의 두께를 갖는다. 제 3 렌즈 소자(76)는 제 2 렌즈 소자(74)의 후면(d) 뒤로 렌즈 소자들의 광학 축선(42)을 따라 0.93mm 거리에 위치된다. 상기 제 3 렌즈 소자(76)는 SF58 SCHOTT 글래스로 제조되며, -22.30mm의 곡률 반경을 갖는 정면(e)과, 7.44mm의 곡률 반경을 갖는 후면(f)과, 그 광학 축선(42)을 따라 4.23mm의 두께를 갖는다. SF58 SCHOTT 글래스로 제조되는 후방 렌즈 소자(78)는 제 3 렌즈 소자(76)의 후면(f) 뒤로 렌즈 소자들의 광학 축선(42)을 따라 0.50mm의 거리에 위치된다. 상기 후방 렌즈 소자(78)는 22.46mm의 곡률 반경을 갖는 정면(g)과, -28.64mm의 곡률 반경을 갖는 후면(h)과, 그 광학 축선(42)을 따라 4.60mm의 두께를 갖는다.

복합 렌즈(70)의 출사 동공은 도 6에서 점선으로 도시된 평면(46)에 위치되고, 전방 렌즈 소자(72)의 정면(a)의 주변에 의해 경계가 형성된다.

Claims (14)

1. 복합 렌즈 장치 내의 직경이 가장 큰 렌즈 표면인 전방 렌즈 표면을 갖는 전방 렌즈 소자를 구비하는 적어도 두개의 렌즈 소자를 포함하는 렌즈 장치의 어레이에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치에 있어서,

   상기 복합 렌즈 장치의 출사 동공은 상기 전방 렌즈 표면의 에지의 평면에 위치되어 경계를 형성하는 복합 렌즈 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 장치의 개구 조리개는 복합 렌즈 장치의 전방 렌즈 소자 이외의 렌즈 소자들의 전방에 위치되는 복합 렌즈 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전방 렌즈 소자는 후방 렌즈 표면을 가지며, 상기 복합 렌즈 장치의 개구 조리개는 상기 후방 렌즈 표면에서 복합 렌즈 장치의 광학 축선을 교차하는 평면에 위치되는 복합 렌즈 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 렌즈 소자는 복합 렌즈인 복합 렌즈 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 렌즈 소자는 단일 렌즈인 복합 렌즈 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 렌즈 소자는 복합 렌즈 장치에서 직경이 가장 큰 렌즈 소자인 복합 렌즈 장치.
7. 본 발명에 따른 복합 렌즈 장치에 있어서, 상기 후방 렌즈 소자의 후방 렌즈 표면은 오목면인 복합 렌즈 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 렌즈 소자의 전방 렌즈 표면은 볼록면인 복합 렌즈 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 복합 렌즈 장치를 포함하는 투영기의 어레이에 사용하기 위한 투영기.
10. 제 9 항에 따른 투영기의 어레이를 포함하는 오토스테레오 투영 시스템.
11. 렌즈 어레이에 사용하기 위한 복합 렌즈 장치의 제조 방법에 있어서,

    복합 렌즈 장치의 전방 렌즈 소자의 재료와, 상기 전방 렌즈 소자의 전방 렌즈 표면의 직경과, 상기 전방 렌즈 소자의 전방 및 후방 렌즈 표면의 곡률 반경을 한정하고, 상기 전방 렌즈 표면의 에지의 평면에서 경계를 형성하는 복합 렌즈 장치의 출사 동공의 위치를 한정하는 단계와,

    상기 단계에서 한정된 파라미터에 기초해서, 광선 추적 수단을 사용하여 전방 렌즈 소자를 통과하는 외곽 광선 높이를 추적함으로써 복합 렌즈 장치의 개구 조리개의 위치 및 크기를 추적하는 단계와,

    전방 렌즈 소자를 통해 추적된 외곽 광선 높이가 출사 동공에서 가장 높아질 때까지 상기 단계들을 반복한 후 상기에 한정된 파라미터들을 고정하는 단계와,

    복합 렌즈 장치의 나머지 렌즈 표면들의 직경을 전방 렌즈 소자의 전방 렌즈 표면의 직경보다 작게 한정하여 복합 렌즈 장치의 기능을 한정하는 단계와,

    상기 나머지 렌즈 표면들이 상기에 한정된 바와 같은 전방 렌즈 소자를 통과하는 외곽 광선 높이와 출사 동공 사이의 관계를 변경시키지 않는 방식으로 복합 렌즈 장치의 나머지를 설계하기 위해 광선 추적 수단을 사용하는 단계를 포함하는 복합 렌즈 장치 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 한정된 파라미터들은 개구 조리개의 직경이 출사 동공의 직경보다 작을 때에만 고정되는 복합 렌즈 장치 제조 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 전방 렌즈 소자의 전방 렌즈 표면의 직경을 한정하는 단계는 전방 렌즈 소자의 직경을 한정하는 단계를 포함하는 복합 렌즈 장치 제조 방법.
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합 렌즈 장치의 기능을 한정하는 단계는 특정한 물체 및 이미지 거리에 따라 복합 렌즈 장치를 유한 공통 렌즈로서 한정하는 단계를 포함하는 복합 렌즈 장치 제조 방법.