KR20230083244A - 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 광 밸브에 의해 제공되는 영상 빔을 스크린에 투사하는데 사용되는 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈이 제공된다. 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 광축을 따라 스크린측에서 디스플레이측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈 및 투광소자를 포함한다. 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 다음 식을 충족하고 :

, 식에서 OAL은 광축 상에서 제1 렌즈의 스크린측에서 제7 렌즈의 디스플레이측까지의 거리이며, BFL은 광축 상에서 투광 소자의 스크린측에서 광 밸브의 디스플레이측까지의 거리이다.

Description

고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈{FIXED-FOCUS PROJECTION LENS MODULE}

본 발명은 광학렌즈에 관한 것으로, 특히 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2021년 12월 2일에 출원된 중국 특허출원 제202111457913.2호에 대해서 우선권을 주장한다. 상술한 특허출원들의 전체가 참조에 의해 본 명세서의 일부로 편입되고, 본 명세서의 일부를 구성한다.

현대 기술이 발달하면서 휴대용 포켓 프로젝터와 같이 가볍고, 박형이고, 짧고, 소형화로 설계된 프로젝션 장치(프로젝터)의 수가 증가하고 있다. 프로젝션 장치의 렌즈 디자인 측면에서, 투사 장치의 가벼움, 박형, 짧음 및 소형화에 대한 요구 사항을 충족하기 위해 렌즈는 가볍고 박형이고 짧고 소형이며 해상도가 높아야 한다. 그러나 현재 시중에 나와 있는 대부분의 줌 렌즈는 2개 이상의 렌즈군을 가지고 있으며, 초점을 맞출 때 여러 렌즈군 사이의 거리를 조정해야 하므로 줌 렌즈의 기구가 크고 복잡해지며 제조 비용이 상대적으로 높고 조립에 어려움이 있다. 더욱이, 현재 시장에서 채택되고 있는 유리 렌즈의 설계 역시 렌즈의 중량을 초래한다.

본 배경기술 란에 기술된 정보는 본 명세서에서 설명되는 기술의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐이므로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 선행 기술을 형성하지 않는 정보를 포함할 수 있다. 또한, 배경기술 란에 기재된 정보는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 의해 해결되어야 하는 하나 이상의 과제가 통상의 기술자에 의해 인식되었음을 의미하는 것은 아니다.

본 발명은 가볍고, 박형이고, 짧고, 소형화된 디자인에 대한 요구를 충족시키는 동시에 높은 프로젝션 해상도에 대한 요구를 충족시키는 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈을 제공한다.

본 발명의 다른 목적 및 이점들은 본 발명에 개시된 기술적 특징으로부터 더 잘 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적 또는 다른 목적들 가운데 하나 또는 일부 또는 전체의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예는 광 밸브에 의해 제공되는 영상 빔을 스크린에 투사하는 데 사용되는 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈을 제공한다. 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 광축을 따라 스크린측에서 디스플레이측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈 및 투광소자를 포함한다. 각각의 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈 및 투광소자는 스크린측을 향하여 영상빔을 통과시키는 스크린측 면과, 디스플레이측을 향하여 영상빔을 통과시키는 디스플레이측 면을 갖는다. 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제7 렌즈는 각각 음의 굴절력, 양의 굴절력, 음의 굴절력, 양의 굴절력 및 양의 굴절력을 갖는다. 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 다음 식을 충족한다 :

, 식에서 OAL은 광축 상에서 제1 렌즈의 스크린측에서 제7 렌즈의 디스플레이측까지의 거리이며, BFL은 광축 상에서 투광 소자의 스크린측에서 광 밸브의 디스플레이측까지의 거리이고, 투광 소자는 스크린측에서 디스플레이측으로 광축을 따라 제7 렌즈 뒤에 위치하고 굴절력을 갖지 않는 제1 광학 소자이다.

본 발명의 실시예에서, 투광 소자는 평면 유리 액추에이터 또는 프리즘이다.

본 발명의 일 실시예에서 제5 렌즈와 제6 렌즈는 각각 음의 굴절력과 양의 굴절력을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서 제5 렌즈와 제6 렌즈는 제1 이중접합렌즈(first double cemented lens)를 이룬다. 제1 이중접합렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 제5 렌즈는 양면 오목 렌즈, 제6 렌즈는 양면 볼록 렌즈이다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 렌즈는 볼록면이 스크린측을 향하는 요철 렌즈(concave-convex lens)이다. 제3 렌즈는 양면 오목 렌즈이다. 제4 렌즈는 양면 볼록 렌즈이다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 렌즈는 플라스틱 비구면 렌즈이다.

본 발명의 일 실시예에서 제7 렌즈는 유리 비구면 렌즈이다.

본 발명의 일 실시예에서 제5 렌즈와 제6 렌즈는 각각 양의 굴절력과 음의 굴절력을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서, 제2 렌즈와 제3 렌즈는 제1 이중접합렌즈를 이룬다. 제1 이중접합렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 제2 렌즈와 제3 렌즈는 모두 볼록면이 디스플레이측을 향하는 요철 렌즈이다.

본 발명의 일실시예에서 제6 렌즈와 제7 렌즈는 제2 이중접합렌즈를 이룬다. 제2 이중접합렌즈는 양의 굴절력을 갖고, 제6 렌즈는 볼록면이 스크린측을 향하는 요철 렌즈이고, 제7 렌즈는 양면 볼록 렌즈이다.

본 발명의 일 실시예에서 제1 렌즈 및 제5 렌즈는 플라스틱 비구면 렌즈이다.

본 발명의 일 실시예에서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈이 포커싱을 수행할 때, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 거리(D)를 변경하도록 적응되고, 거리(D)는 광축 상에서 제7 렌즈의 디스플레이측으로부터 투광소자의 스크린측까지의 거리이다.

본 발명의 일 실시예에서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 애퍼처(aperture)는 1.6 이하이다.

본 발명의 일 실시예에서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 스톱(stop)을 더 포함한다. 스톱은 광축 상에서 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이에 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 텔레센트릭(telecentric) 프로젝션 렌즈 모듈이다.

본 발명의 일 실시예에서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 프리즘을 더 포함한다. 프리즘은 광축 상에서 제7 렌즈와 광 밸브 사이에 위치한다.

본 발명의 일 실시예에서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 커버 유리를 더 포함한다. 커버 유리는 광축 상에서 제7 렌즈와 광 밸브 사이에 위치한다.

상술한 설명에 기초할 때, 본 발명의 하나의 실시예에서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 제1 렌즈 내지 제7 렌즈를 포함하는 단일군 구조로 설계되며,

을 만족한다. 일반 프로젝션 비율의 기존 고정 초점 렌즈에 비해, 본 발명의 실시예에 의한 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 구조가 간단하고 조립이 용이하며, 줌렌즈에 비해 생산시간이 짧다. 또한, 고해상도(93lp/mm) 요구에 따른 박형이고 짧으며 소형화 요건을 충족한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 본 발명의 바람직한 구현예가 도시되고 설명되고, 본 발명을 실시하기에 가장 적합한 모드를 예시한 본 발명의 실시예에 의해 개시되는 추가적인 기술적 특징으로부터 더 잘 이해될 것이다.

첨부된 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 실시예를 예시하고 발명의 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 광 밸브에 의해 제공되는 영상 빔을 스크린 상에 투사하기 위한 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 개략도이다.
도 3은 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 변조전달함수(modulation transfer function, MTF) 다이어그램이다.
도 4는 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 횡색수차도(lateral color aberration diagram)이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 필드 곡률 및 왜곡 수차의 다이어그램이다.
도 6a 내지 도 6f는 각각 다른 영상 높이에서 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 횡단 광선 팬 플롯(transverse ray fan plots)이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 개략도이다.
도 8은 도 7의 고정 초점 투사렌즈 모듈의 변조전달함수(modulation transfer function, MTF) 다이어그램이다.

후술하는 바람직한 구현예의 상세한 설명에서, 본 발명의 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 구현예가 예시로서 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이와 관련하여, "상", "하", "전", "후" 등과 같은 방향성 용어는 설명되는 도면(들)의 방향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 구성요소들은 다수의 상이한 배향으로 위치될 수 있다. 이와 같이 방향성 용어는 설명을 위해 사용되었으며 제한적인 것은 아니다. 한편, 도면은 개략적인 것으로, 설명의 편의를 위해 구성요소의 크기는 과장되어 있을 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 이용될 수 있고 구조적 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주하여서는 안 됨을 이해해야 한다. 본 명세서에서 "포함하는", "구비하는" 또는 "갖는" 및 이들의 변형의 사용은 이후에 나열된 항목 및 그 균등물 및 추가 항목을 포괄하는 의미이다. 달리 제한되지 않는 한, 용어 "연결된", "결합된" 및 "장착된" 및 본원에 사용된 이들의 변형은 광의로 사용되며, 직접적인 및 간접적인 연결, 결합 및 장착을 포함한다. 유사하게, 용어 "대면하는", "면하는" 및 이들의 변형은 광의로 사용되고, 직접적인 및 간접적인 대면을 포함하고, 본 명세서에서 "~에 인접하는" 및 이들의 변형은 광의로 사용되며 직접적으로 및 간접적으로 "~에 인접하는" 것을 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 "A" 구성요소가 "B" 구성요소에 대면한다는 설명은 "A" 구성요소가 "B" 구성요소와 직접 대면하거나 하나 이상의 추가 구성요소가 "A" 구성요소와 "B" 구성요소 사이에 있는 상황을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "B" 구성요소에 "인접한" "A" 구성요소에 대한 설명은 "A" 구성요소가 "B" 구성요소에 직접 "인접한" 또는 하나 이상의 추가 구성요소가 "A" 구성요소와 "B" 구성요소 사이에 있는 상황을 포함할 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은 본질적으로 예시적인 것이며 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 광 밸브에 의해 제공되는 영상 빔을 스크린 상에 투사하기 위한 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 개략도이다. 본 발명의 실시예에 따른 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 예를 들어, 투사장치에 적용되지만, 또한 본 발명에 의해 제한되지 않는 영상 캡처링 장치에 적용될 수 있다.

도 1과 도 2를 동시에 참조하면, 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 투사장치에 적용되도록 구현되고, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 디스플레이측(A2)에 위치한 광 밸브(10)에 의해 제공되는 영상 빔(IB)을 스크린측(A1)에 위치한 스크린(1000)에 투사하는 데 사용된다. 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 광축(I)을 따라 스크린측(A1)에서 디스플레이측(A2)으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5), 제6 렌즈(L6), 제7 렌즈(L7) 및 투광소자(20)를 포함한다. 구체적으로, 실시예의 광 밸브(10)는 예를 들어, LCOS 패널(Liquid Crystal on Silicon Panel), DMD(Digital Micro-Mirror Device) 등의 반사형 광변조기이다. 일부 실시예에서, 광 밸브(10)는 투명 액정 패널, 전기 광학 변조기, 자기 광학 변조기 또는 AOM(acousto-optic modulator) 등과 같은 투과형 광 변조기일 수도 있다. 본 발명은 광 밸브(10)의 패턴 및 유형을 제한하지 않는다.

본 발명의 실시예에서, 제1 렌즈(L1)에서 투광 소자(20)로 각각 스크린측(A1)을 향하고 영상 빔(IB)을 통과시키는 스크린측 면(각각 표면 S1, S3, S5, S7, S9, S10, S12, S14)과 각각 디스플레이측(A2)을 향하고 영상 빔(IB)을 통과시키는 디스플레이측 면(각각 표면 S2, S4, S6, S8, S10, S11, S13, S15)을 갖는다. 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5), 제6 렌즈(L6), 제7 렌즈(L7)로 렌즈군을 형성하고, 전체 굴절력은 양수이고, 제1 렌즈(L1) 내지 제7 렌즈(L7)는 각각 음, 양, 음, 양, 음, 양 및 양의 굴절력을 갖는다. 본 발명의 실시예에서 제1 렌즈(L1)는 스크린측(A1)을 향하는 볼록면을 갖는 요철 렌즈가고, 제1 렌즈(L1)는 플라스틱 비구면 렌즈이며 음의 굴절력을 갖는다. 제2 렌즈(L2)는 양면 볼록 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 유리 구면 렌즈이며 양의 굴절력을 갖는다. 제3 렌즈(L3)는 양면 오목렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 유리 구면 렌즈이며 음의 굴절력을 갖는다. 제4 렌즈(L4)는 양면 볼록 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 유리 구면 렌즈이며 양의 굴절력을 갖는다. 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6)는 제1 이중접합렌즈(C1)를 이룬다. 제1 이중접합렌즈(C1)는 양의 굴절력을 가지고, 제5 렌즈(L5)는 양면 오목렌즈이고, 제6 렌즈(L6)는 양면볼록렌즈이고, 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6)는 모두 유리 구면 렌즈로, 제5 렌즈(L5)는 음의 굴절력을 갖고, 제6 렌즈(L6)는 양의 굴절력을 갖는다. 제7 렌즈(L7)는 양면 볼록 렌즈이고, 제7 렌즈(L7)는 유리 비구면 렌즈로 양의 굴절력을 갖는다.

하기 표 1 및 표 2는 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)의 바람직한 실시예에 대한 데이터를 나열한 것이다. 그러나 하기 나열된 데이터는 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 익숙한 당업자는 본 발명을 참조한 후 해당 매개변수 또는 설정을 적절하게 변경할 수 있지만 여전히 본 발명의 범위에 속해야 한다.

본 발명의 실시예에서 전술한 구성요소들의 실제 설계는 하기 표 1에서 확인할 수 있다.

표 1에서 제1 렌즈(L1)는 스크린측(A1)에서 디스플레이측(A2)까지의 표면(S1)과 표면(S2)을 갖고, 제2 렌즈(L2)는 스크린측(A1)으로부터 디스플레이측(A2)으로 순차적으로 배열된 표면(S3) 및 표면(S4)을 갖는다. 유추되는바, 각 요소에 해당하는 표면은 반복되지 않는다. 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6)는 접합렌즈의 집합체로, 제5 렌즈(L5)의 디스플레이측(A2)을 향하는 표면(S10)과 제6 렌즈(L6)의 스크린측(A1)을 향하는 표면(S10)이 동일한 면이다. 또한, 표 1에서 "거리"는 광축(I) 상에서 인접한 두 면 사이의 거리를 의미한다. 예를 들어, 표면(S1)에 해당하는 거리는 광축(I) 상에서 표면(S1)과 표면(S2) 사이의 거리를 말하며, 표면(S2)에 해당하는 거리는 광축(I) 상에서 표면(S2)으로부터 표면(S3)까지의 직선 거리를 말한다.

본 발명의 실시예에서 제1 렌즈(L1)의 표면(S1,S2)과 제7 렌즈(L7)의 표면(S12,S13)은 모두 비구면이고, 나머지 렌즈(제2 렌즈(L2) 내지 제6 렌즈(L6))의 표면은 모두 구면이고, 비구면의 식(1)은 다음과 같다.

식 (1):

상기 수학식 (1)에서 x는 광축 방향의 처짐이고, c'는 진동하는 구의 반경의 역수, 즉 광축(I)에 가까운 곡률반경의 역수이고, K는 2차 계수이고, y는 비구면 높이, 즉 렌즈 중심에서 렌즈 가장자리까지의 높이이다. A-G는 각각 비구면 다항식의 각각의 차수의 비구면 계수를 나타낸다.

표 2는 제1 렌즈(L1)의 표면(S1, S2)과 제7 렌즈(L7)의 표면(S12, S13)의 2차 비구면 계수(A')가 모두 0인 파라미터 값을 나타낸다.

본 발명의 실시예에서 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 물리적 스톱(ST)을 더 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이 스톱(ST)은 광축(I) 상에서 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4) 사이에 위치한다.

본 발명의 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 투광소자(20)는 광축(I)을 따라 스크린측(A1)에서 디스플레이측(A2)으로 향하는 제7 렌즈(L7)의 뒤에 위치한 굴절력이 없는 제1 광학소자이다. 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)의 투광소자(20)는 평면 유리 액추에이터(110)일 수 있다. 평면 유리 액추에이터(110)는 고정된 위치에서 광축(I)에 수직한 방향을 따라 앞뒤로 진동하여 영상 빔(IB)의 전달 경로를 변경한다. 평면 유리 액추에이터(110)에 의해 영상빔(IB)의 전달 경로가 변경되므로, 사용자는 시간 내에 스크린(1000) 상의 상이한 위치에서 영상 빔(IB)의 영상이 중첩되는 것을 볼 수 있고, 스크린(1000)에 투사된 투사 영상의 해상도를 향상시키는 효과가 달성된다.

본 발명의 실시예에서 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 스크린측(A1)에서 디스플레이측(A2)으로 광축(I)을 따라 순차적으로 배열된 프리즘(120) 및 커버 유리(130)를 더 포함한다. 프리즘(120)과 커버 유리(130)는 광축(I) 상에서 제7 렌즈(L7)와 광 밸브(10) 사이에 위치하며, 투광소자(20)와 광 밸브(10) 사이에 위치한다.

본 발명의 실시예에서 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 텔레센트릭 투사렌즈모듈이고, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)의 애퍼처는 1.6 이하이다.

본 발명의 실시예에서 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 다음을 만족한다 :

, 여기서 OAL은 제1 렌즈(L1)의 스크린측으로부터 제7 렌즈(L7)의 디스플레이측까지의 광축(I) 상의 거리로, 즉, 광축(I) 상에서 제1 렌즈(L1)의 스크린측(A1)을 향하는 표면(S1)으로부터 디스플레이측(A2)을 향하는 제7 렌즈(L7)의 표면(S13)까지의 거리이다. BFL은 광축(I) 상에서 투광 소자(20)의 스크린측으로부터 광 밸브(10)의 디스플레이측(S20)까지의 거리로, 즉, 광축(I) 상에서 스크린측(A1)을 향한 투광 소자(20)의 표면(S14)으로부터 광 밸브(10)의 디스플레이 표면(S20)까지의 거리이다.

또한, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 거리(D)를 변경하여 초점을 맞출 수 있다. 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)의 거리(D)는 광축(I) 상에서 디스플레이측(A2)을 향하는 제7 렌즈(L7)의 표면(S13)으로부터 스크린측(A1)을 향하는 투광소자(20)의 표면(S14)까지의 거리이다. 즉, 표면(S13)과 표면(S14) 사이의 거리(D)는 가변적이다. 또한, 이와 같은 설계를 통해, 스크린측(A1)과 디스플레이측(A2) 사이의 거리가 변경될 때, 본 발명의 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)은 거리(D)를 변경함으로써 투사 영상의 크기 및 선명도를 효과적으로 제어할 수 있다.

도 3은 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 변조전달함수 다이어그램이다. 도 3을 참조하면, 도 3에서 공간주파수는 93.0000cycle/mm이고, 도 3은 서로 다른 영상 높이에서의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)의 변조전달함수(MTF) 다이어그램이고, 가로축은 초점 이동, 세로축은 광전달 함수의 계수, T는 접선 방향의 곡선, S는 시상 방향의 곡선, "TS" 옆에 표시된 값은 영상 높이를 나타낸다. 도 3을 통해 본 발명의 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)이 나타내는 광전달함수 곡선이 표준 범위 내에 있어 광학적 결상 품질이 양호함을 확인할 수 있다.

도 4는 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 횡색수차도이다. 도 5a 내지 도 5c는 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 필드 곡률 및 왜곡 수차의 다이어그램이다. 도 6a 내지 도 6f는 각각 다른 영상 높이에서 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 횡단 광선 팬 플롯(transverse ray fan plots)이다. 도 4 내지 도 6f에서, 460nm, 525nm 및 615nm 파장이 시뮬레이션을 위한 예로서 취해진다. 도 5a에서, 복수의 곡선(S)은 각각 시상 방향(sagittal direction)에서 상이한 파장의 광(light)의 비점 수차 필드 곡률(astigmatic field curvatures)을 나타내고, 도 5b에서, 복수의 곡선(T)은 각각 접선 방향에서 상이한 파장의 광의 비점 수차 필드 곡률을 나타낸다. 도 6a 내지 도 6f에서 가로축(Py축 및 Px축)은 동공 통과 후 정규화 후의 접선 방향 및 시상 방향의 기준 광선의 위치를 나타낸다. 세로축(ey축 및 ex축)은 영상 평면의 기준 광선과 영상 평면의 시야 주광선의 높이 차이를 나타낸다. ey축과 ex축의 최대 스케일과 최소 스케일은 모두 ±20미크론이고, Py축과 Px축의 최대 스케일과 최소 스케일은 모두 ±1미크론이다. 도 4 내지 도 6f에 도시된 그래프들은 모두 표준 범위 내에 있으므로, 본 발명의 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)이 좋은 화질을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 개략도이다. 도 7을 참조하면, 도 7의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100')은 도 2의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100)과 실질적으로 유사하며, 주요 차이점은 다음과 같다. 본 발명의 실시예에서 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6)는 각각 양의 굴절력과 음의 굴절력을 갖는다. 또한, 제1 렌즈(L1)와 제5 렌즈(L5)는 모두 플라스틱 비구면 렌즈이다. 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)는 제1 이중접합렌즈(C1')를 이룬다. 제1 이중접합렌즈(C1')는 양의 굴절력을 가지며, 제2 렌즈(L2) 및 제3 렌즈(L3)는 모두 볼록면이 디스플레이측(A2)을 향하는 요철 렌즈이다. 제5 렌즈(L5)는 볼록면이 디스플레이측(A2)을 향하는 요철 렌즈가다. 제6 렌즈(L6)와 제7 렌즈(L7)는 제2 이중접합렌즈(C2')를 이룬다. 제2 이중접합렌즈(C2')는 양의 굴절력을 가지며, 제6 렌즈(L6)는 스크린 면(A1)을 향하는 볼록면을 갖는 요철 렌즈이고, 제7 렌즈(L7)는 양면 볼록 렌즈이다.

하기 표 3 및 표 4는 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100')의 바람직한 실시예에 대한 데이터를 나열한 것이다. 그러나 하기 나열된 데이터는 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 익숙한 당업자는 본 발명을 참조한 후 해당 매개변수 또는 설정을 적절하게 변경할 수 있지만 여전히 본 발명의 범위에 속해야 한다.

본 발명의 실시예에서 전술한 구성요소들의 실제 설계는 하기 표 3에서 확인할 수 있다.

표 3에서 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)는 접합렌즈의 세트이어서, 디스플레이측(A2)을 향하는 제2 렌즈(L2)의 표면(S4)과 스크린측(A1)을 향하는 제3 렌즈(L3)의 표면(S4)은 동일면이다. 제6 렌즈(L6)와 제7 렌즈(L7)는 접합렌즈의 집합체로서, 제6 렌즈(L6)의 디스플레이측(A2)을 향하는 표면(S11)과 제7 렌즈(L7)의 스크린측(A1)을 향하는 표면(S11)은 동일면이다. 광 밸브(10)의 디스플레이측은 면(S19')이다.

표 4는 2차 비구면 계수(A')가 모두 0인 제1 렌즈(L1)의 표면(S1, S2)과 제5 렌즈(L5)의 표면(S8, S9)의 파라미터 값을 나타낸다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100')의 투광소자(20')가 프리즘(120)이다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 평면 유리 액추에이터(110)와 커버 유리(130)는 광축(I) 상에서 제7 렌즈(L7)와 광 밸브(10) 사이에 위치하며, 투광 소자(20')와 광 밸브(10) 사이에 위치한다.

도 8은 도 7의 고정 초점 투사렌즈 모듈의 변조전달함수 다이어그램이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈(100')이 나타내는 광전달함수 곡선이 기준범위 이내이어서 우수한 광학 영상화 품질을 가진다는 것을 확인할 수 있다.

요약하면, 본 발명의 일 실시예에서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 제1 렌즈 내지 제7 렌즈를 포함하는 단일군(single-group) 구조로 설계되며,

을 만족한다. 일반적인 투사율을 갖는 종래의 고정 초점 렌즈와 비교하여, 본 발명의 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 구조가 간단하고 조립이 용이하다. 줌렌즈에 비해 본 발명 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 생산시간이 짧고 복잡도가 낮으며, 포커싱을 수행할 때, 본 발명의 렌즈군은 단일군 구조로 렌즈간 거리가 변하지 않고 고정된 유효초점거리를 가지므로, 거리를 변경하기 위해 렌즈 사이에 여분의 공간을 확보할 필요가 없고, 본 발명 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은

의 특성을 만족시킬 수 있으며, 고해상도(93lp/mm)의 요구를 만족하면서 박형, 짧음, 소형화의 요구를 만족시킬 수 있다.

또한, 본 발명 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 다음과 같은 효과와 이점도 얻을 수 있다.

1. 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 1.6 이하의 애퍼처를 가지며, 동일한 광원 강도에서 더 높은 광에너지 이용 효율을 갖는다.

2. 프로젝션 장치의 광원에서 멀리 떨어진 렌즈 중 적어도 하나는 제1 렌즈 또는 제5 렌즈와 같이 플라스틱 렌즈로 설계되어, 본 발명의 실시예에 따른 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 무게를 감소시킬 뿐만 아니라, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 내열 온도도 높아진다.

3. 렌즈와 투광소자 사이의 거리(D)를 가변적으로 설계함으로써 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 집속구조가 간단하고, 본 발명의 실시예의 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 비용은 더 낮다.

4. 제1 렌즈와 제7 렌즈 또는 제5 렌즈는 비구면 렌즈로 설계되어 영상 수차를 효과적으로 줄이고 영상화 해상도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이는 본 발명을 개시된 정확한 형태 또는 예시적인 실시예로 제한하거나 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 상술한 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 명백하게, 많은 수정 및 변형이 이 기술 분야의 숙련자에게 자명할 것이다. 실시예들은 본 발명의 원리와 최량의 실무적인 실시양태를 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되며, 이에 의해 통상의 기술자가 본 발명의 다양한 구현예들 및 예상되는 특정 용도 또는 구현에 적합한 다양한 변경들을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 본 명세서에 첨부된 특허청구범위 및 모든 용어가 달리 표시되지 않는 한 가장 넓은 합리적인 의미로 의도되는 그 균등물에 의해 정해지는 것으로 의도된다. 따라서, "발명", "본 발명" 등의 용어는 반드시 특허청구범위를 특정한 실시예로 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 대한 언급이 본 발명을 한정하는 것을 의미하지 않으며, 그러한 제한은 유추되어서는 안 된다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다. 또한, 이러한 특허청구범위는 명사 또는 구성요소 뒤에 오는 "제1", "제2" 등의 사용을 참조할 수 있다. 이러한 용어는 명명법으로 이해되어야 하며 특정 번호가 주어지지 않는 한 이러한 명명법에 의해 수정된 구성요소들의 수를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 명세서 중의 요약서는 요약서를 요구하는 규칙을 준수하기 위해 제공되며, 이를 통해 검색자는 본원에서 발행된 모든 특허의 기술 공개의 대상을 신속하게 확인할 수 있다. 요약서는 특허청구범위 또는 의미를 해석하거나 제한하는데 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출된다. 설명된 모든 이점 및 장점들은 본 발명의 모든 실시예에 적용되지 않을 수 있다. 다음의 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 통상의 기술자들에 의해 설명된 실시예에서 변형이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 본 명세서의 어떠한 구성요소 및 구성도 후술하는 특허청구범위에서 명시적으로 인용되는지에 관계없이 대중에게 헌정되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (17)

1. 광 밸브에 의해 제공되는 영상 빔을 스크린에 투사하기 위한 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈로서, 광축을 따라 스크린측에서 디스플레이측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈 및 투광소자를 포함하고, 각각의 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈 및 투광소자는 스크린측을 향하여 영상빔을 통과시키는 스크린측 면과, 디스플레이측을 향하여 영상빔을 통과시키는 디스플레이측 면을 가지고, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제7 렌즈는 각각 음의 굴절력, 양의 굴절력, 음의 굴절력, 양의 굴절력 및 양의 굴절력을 가지고, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 다음 식을 충족하며 :
   

   

   
   상기 식에서 OAL은 광축 상에서 제1 렌즈의 스크린측에서 제7 렌즈의 디스플레이측까지의 거리이며, BFL은 광축 상에서 투광 소자의 스크린측에서 광 밸브의 디스플레이측까지의 거리이고, 투광 소자는 스크린측에서 디스플레이측으로 광축을 따라 제7 렌즈 뒤에 위치하고 굴절력을 갖지 않는 제1 광학 소자인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
2. 제1항에 있어서, 투광 소자는 평면 유리 액추에이터(flat glass actuator) 또는 프리즘인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
3. 제1항에 있어서, 제5 렌즈와 제6 렌즈는 각각 음의 굴절력과 양의 굴절력을 갖는, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
4. 제1항에 있어서, 제5 렌즈와 제6 렌즈는 제1 이중접합렌즈(first double cemented lens)를 이루고, 제1 이중접합렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 제5 렌즈는 양면 오록 렌즈, 제6 렌즈는 양면 볼록 렌즈인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
5. 제1항에 있어서, 제1 렌즈는 볼록면이 스크린측을 향하는 요철 렌즈(concave-convex lens), 제3 렌즈는 양면 오목 렌즈, 제4 렌즈는 양면 볼록 렌즈인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
6. 제1항에 있어서, 제1 렌즈는 플라스틱 비구면 렌즈인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
7. 제1항에 있어서, 제7 렌즈는 유리 비구면 렌즈인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
8. 제1항에 있어서, 제5 렌즈와 제6 렌즈는 각각 양의 굴절력과 음의 굴절력을 갖는, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
9. 제1항에 있어서, 제2 렌즈와 제3 렌즈는 제1 이중접합렌즈를 이루고, 제1 이중접합렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 제2 렌즈와 제3 렌즈는 모두 볼록면이 디스플레이측을 향하는 요철 렌즈인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
   
10. 제1항에 있어서, 제6 렌즈와 제7 렌즈는 제2 이중접합렌즈를 이루고, 제2 이중접합렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 제6 렌즈는 볼록면이 스크린측을 향하는 요철 렌즈이고, 제7 렌즈는 양면 볼록 렌즈인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
    
11. 제1항에 있어서, 제1 렌즈 및 제5 렌즈는 플라스틱 비구면 렌즈인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
    
12. 제1항에 있어서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈이 포커싱을 수행할 때, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 거리(D)를 변경하도록 적응되고, 거리(D)는 광축 상에서 제7 렌즈의 디스플레이 측으로부터 투광소자의 스크린 측까지의 거리인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
    
13. 제1항에 있어서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈의 애퍼처(aperture)는 1.6 이하인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
    
14. 제1항에 있어서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 광축 상에서 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이에 위치된 스톱(stop)을 더 포함하는, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
    
15. 제1항에 있어서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 텔레센트릭(telecentric) 프로젝션 렌즈 모듈인, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
    
16. 제1항에 있어서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 광축 상에서 제7 렌즈와 광 밸브 사이에 위치된 프리즘을 더 포함하는, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
    
17. 제1항에 있어서, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈은 광축 상에서 제7 렌즈와 광 밸브 사이에 위치된 커버 유리를 더 포함하는, 고정 초점 프로젝션 렌즈 모듈.
    
    

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