KR950011002B1

KR950011002B1 - Projection optical device

Info

Publication number: KR950011002B1
Application number: KR1019910017345A
Authority: KR
Inventors: 정종삼
Original assignee: 삼성전자주식회사; 강진구
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1995-09-26
Also published as: KR930007264A

Abstract

The projective optical device having a cathode ray tube and an optical coupler comprises first and second lenses arranged at the front of the optical coupler; and a third lens arranged between the cathode ray tube and the optical coupler, the first and second lenses being composed of two spherical lenses with optical power and two non-spherical lenses and the third lens and the cathode ray tube are formed to be able to move front and rear and tilt along an optical axis.

Description

Projection optics

제1도는 종래 투영광학 장치의 광학배치도.1 is an optical layout of a conventional projection optical device.

제2도는 본 발명 투영광학 장치의 광학배치도.2 is an optical layout of the projection optical device of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 제1렌즈 20 : 제2렌즈10: first lens 20: second lens

30 : 제3렌즈 40 : 광학커플러30: third lens 40: optical coupler

본 발명은 음극선관(CRT : Cathode ray tube)을 영상소오스(image source)로 하며, 그 CRT의 작은 영상을 대형스크린에 확대투영하기 위한 투영광학 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a projection optical apparatus for making a cathode ray tube (CRT) as an image source and for projecting a small image of the CRT onto a large screen.

큰 영상의 필요성은 정보산업 발달과 더불어 점차 높아지고 있다. 영상을 디스플레이하는 화상표시기술에 있어서, 주로 사용되어온 직시형(直視形) CRT는 현재 40inch 수준에 머물고 있다. 그 이유는 CRT가 대형화 화면이 어둡고, 콘트라스트(comtrast)가 낮으며, 해상도가 떨어지는데 있으며, 특히 기존시스템(예 : TV)의 구조상 그러한 문제들을 해결하는데 기술적 한계가 있었기 때문이다.The need for large images is increasing with the development of the information industry. In image display technology for displaying an image, the direct-view CRT, which has been mainly used, currently stands at about 40 inches. The reason is that the CRT has a large screen, dark contrast, low resolution, and technical limitations in solving such problems, particularly in the structure of existing systems (eg TVs).

최근에는 보다 큰 영상을 실현하기 위한 노력의 결과로써, 100inch 이상의 큰 영상을 투영하는 비디오 프로젝터(video projector)가 출현한 바 있다. 이것은 수차보정된 여러매의 렌즈요스들이 조합된 광학장치를 가진다. 그 광학장치는 소정의 영상소오스로부터 발생된 작은 영상을 대형스크린에 확대투영한다. 영상소오스는 상기한 직시형과는 다른 투영형(透影形)의 CRT가 사용된다. 이와같은 광학장치가 구비된 비디오 프로젝터에 있어서는, 그 광학장치의 렌즈요소들은 물론 기타의 구성요소들의 단점을 보완함으로써 기존의 시스템이 가지는 문제해결의 기술적 한계를 극복할 수 있어, 보다 큰 영상을 좋은 화질로써 표현할 수 있다. 이러한 이점을 가지는 비디오 프로젝터는 TV, 비디오테이프레코더, 비디오디스크플레이어 등의 주변기기로 이미 실용화 되어 있으며, 점차적으로 그 성능향상을 통해 컴퓨터, 비디오회의 시스템등의 주변기기로서의 그 용도 확대가 전망된다.Recently, as a result of efforts to realize a larger image, a video projector that projects a large image of 100 inches or more has emerged. It has an optical device that combines several lens corrections with aberration correction. The optical device projects a small image generated from a predetermined image source on a large screen. As the image source, a CRT of a projection type different from the direct type is used. In a video projector equipped with such an optical device, it is possible to overcome the technical limitations of the conventional system by solving the shortcomings of the lens elements of the optical device as well as other components. It can be expressed in image quality. Video projectors having such advantages have already been put into practical use as peripheral devices such as TVs, video tape recorders, video disc players, and the like, and their use as peripheral devices such as computers and video conferencing systems is expected to be gradually improved.

CRT를 사용하는 비디오 프로젝터의 광학계 구성은 크게 두가지로 나뉜다. 그 하나는 적·녹·청 3개의 CRT와 3개의 렌즈장치를 사용한 것과, 다른 하나는 3-CRT, 1-렌즈장치를 사용한 것이다. 전자의 것은 영상의 촛점 및 크기 조절의 어려움이 있어 후자의 것이 주로 사용된다.There are two major optical system configurations for video projectors using CRTs. One uses three CRTs of red, green and blue and three lens units, and the other uses a 3-CRT and 1-lens unit. The former has difficulty in focusing and scaling the image, and the latter is mainly used.

3-CRT, 1-렌즈장치의 예로서는, 미국특허 4,842,394가 있다. 이것은 제1도에 나타낸 바와 같이, 2매의 구면렌즈(1)(3)와 1매의 비구면렌즈(2)가 조합된 렌즈군이 스크린측에 설치되고, 그 렌즈군과 CRT 사이에 투영창(4)과 이색성 거울(5)(6)을 갖는 광학커플러가 설치되어 있다. 그리고 CRT의 영상발생면(7), 즉 형광면은 오목한 구면으로 형성되어 있다.An example of a 3-CRT, 1-lens device is U.S. Patent 4,842,394. As shown in FIG. 1, a lens group in which two spherical lenses 1 and 3 and one aspherical lens 2 are combined is provided on the screen side, and a projection window is provided between the lens group and the CRT. An optical coupler having (4) and dichroic mirrors (5) and (6) is provided. The image generating surface 7 of the CRT, that is, the fluorescent surface, is formed into a concave spherical surface.

여기서 렌즈군과 CRT 사이의 광축(8)상에서의 거리는 그 CRT의 크기가 5inch일 경우에 130~150㎜ 가량이어야 한다. 따라서 상면만곡(field curvature)을 평면 또는 평면에 가깝게 하는 것이 수차보정상 곤란하여, 종래에는 CRT의 영상발생면을 200㎜ 이하의 곡률반경으로 형성하고, 이에따른 주변광량 확보를 위하여 렌즈를 200㎜의 직경으로 형성했던 것이다. 결국 종래의 투영광학 장치에 있어서는 CRT의 제작 어렵고 장치의 소형화에 불리한 문제점이 있었다.Here, the distance on the optical axis 8 between the lens group and the CRT should be about 130 to 150 mm when the size of the CRT is 5 inches. Therefore, it is difficult to correct the field curvature to be flat or close to the plane, and conventionally, the image generating surface of the CRT is formed with a curvature radius of 200 mm or less, and the lens is 200 mm to secure the ambient light amount. It was formed to the diameter of. As a result, in the conventional projection optical apparatus, there is a problem in that it is difficult to manufacture the CRT and disadvantages in miniaturization of the apparatus.

한편, 투영광학 장치의 CRT는 통상의 것보다 작은데, 그 좁은 면적의 영상발생면에 대출력의 전자빔이 집중투사됨으로써 생기는 온도상승에 의하여, 그 영상발생면에 도포되는 형광체의 발광특성이 변화하고, 심지어는 그 유리면이 파열될 소지가 많다. 그러므로 CRT의 열적특성을 감안한 냉각구조가 필요하게 된다. 이를 위하여 종래에는 제1도에서 보는 바와같이, 광학커플러를 CRT들의 표면과 함께 밀폐시켜 그 속에 냉각오일을 충진시켜 왔다. 이것은 색광이 다른 CRT들의 각 위치조절이 불가능하기 때문에 색수차보정이 어려운등 광학성능을 저해하는 문제의 원인이 된다.On the other hand, the CRT of the projection optical device is smaller than usual, and the light emission characteristic of the phosphor applied to the image generating surface changes due to the temperature rise caused by the concentrated projection of a large output electron beam onto the image generating surface of the narrow area. Even the glass surface is likely to burst. Therefore, a cooling structure considering the thermal characteristics of the CRT is required. To this end, conventionally, as shown in FIG. 1, the optical coupler is sealed with the surfaces of the CRTs to fill the cooling oil therein. This causes a problem of impairing optical performance, such as chromatic aberration correction is difficult because color light is impossible to adjust the position of different CRTs.

본 발명의 목적은 이와같은 종래의 문제점을 해결하는 동시에 대구경, 대화각을 달성하는 투영광학 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a projection optical device which solves such a conventional problem and at the same time achieves a large diameter and a large angle.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, CRT와 광학커플러를 포함하는 투영광학 장치에 있어서, 상기 CRT의 광축상에 차례로 배치되는, 비구면을 가지는 제1렌즈, 2매의 구면렌즈와 1매의 비구면 렌즈로 되며 포지티브 파우어가 부여된 제2렌즈 및 비구면을 가지며 네거티브 파우어가 부여된 제3렌즈를 구비하고, 이중 제3렌즈를 상기 CRT의 영상발생면 가까이에 설치하며, 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이에 상기 광학커플러를 설치하는 것을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a projection optical device comprising a CRT and an optical coupler, the aspherical first lens, two aspherical lenses and one aspherical surface, which are sequentially arranged on the optical axis of the CRT And a second lens having a positive power and an aspherical surface and a third lens having a negative power, wherein a third lens is installed near the image generating surface of the CRT, and the second lens and the first lens are provided. The optical coupler is provided between the three lenses.

이와같이 구성하는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Exemplary embodiments of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도와 같이, 3개의 CRT가 영상소오스로 설치되어 있다. 이중 녹색영상을 발생하는 CRT를 기준으로 하여 적 및 청색의 영상을 각각 발생하는 CRT들(가상도시됨)이 90˚방향으로 대향되게 설치되어 있다.As shown in Fig. 2, three CRTs are provided as video sources. On the basis of the CRT generating the green image, CRTs (virtually shown) generating red and blue images, respectively, are installed to face in the 90 ° direction.

제1렌즈(10)와 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)들은 상기 녹색 CRT의 중심축과 일치하는 광축(OA)을 가지며, 제1렌즈(10)는 도시되지 않은 스크린측에, 제3렌즈(30)는 그 CRT측에 각각 대향설치되어 있다. 그리고 광학커플러(40)는 상기 제2렌즈(20)와 제3렌즈(30) 사이에 설치되어 있다.The first lens 10, the second lens 20, and the third lens 30 have an optical axis OA coinciding with the central axis of the green CRT, and the first lens 10 is disposed on the screen side (not shown). The third lens 30 is provided on the CRT side, respectively. The optical coupler 40 is provided between the second lens 20 and the third lens 30.

상기 제1렌즈(10)는 비구면 단면렌즈로서 전방의 스크린에 영상을 투사한다. 제2렌즈(20)는 2매의 구면렌즈(21)(23)와 1매의 비구면렌즈(22)의 군으로 되어 있다. 즉, 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)는 전체 4매의 렌즈요소로 이루어져, 대구경, 대화각을 달성하기 위해, 예컨대 사진용 대물렌즈(petzval lens)와 같은 형태로 배치되어 전체적으로 포지티브 파우어를 갖는다. 여기서 4매의 렌즈요소중 2매의 구면렌즈(21)(23)를 유리재로 형성하여 광학적 파우어를 부여하고, 나머지 2매의 비구면렌즈(10)(22)를 플라스틱재로 사출성형하여 축외수차만을 보정하도록 설계한 것이다. 또한 그 비구면렌즈(10)(22)들은 사출성형시의 변형을 고려하여 광축(OA)상의 중심두께와 최외각두께의 비가 10%를 넘지 않도록 설계하였다. 제3렌즈(30)는 상면만곡을 보정하도록 비구면으로 설계하고 네거티브 파우어를 부여했다. 또한 그 비구면렌즈(31)는 CRT가까이에 설치하되 그 CRT의 열적특성을 고려하여 CRT 전면과 소정간격을 두고 밀폐된 공간을 이루게 하여, 그 밀폐된 공간내에 냉각오일(32)을 충진시켰다.The first lens 10 is an aspherical cross-sectional lens to project an image on the front screen. The second lens 20 is a group of two spherical lenses 21 and 23 and one aspherical lens 22. That is, the first lens 10 and the second lens 20 are composed of four lens elements in total, and are arranged in the form of, for example, a petzval lens in order to achieve a large-diameter, large-angle angle. Have a positive powder Here, two spherical lenses 21 and 23 of the four lens elements are formed of a glass material to impart an optical powder, and the remaining two aspherical lenses 10 and 22 are injection molded from a plastic material and off-axis. It is designed to correct only aberration. In addition, the aspherical lenses 10 and 22 were designed such that the ratio between the center thickness and the outermost thickness on the optical axis OA was not more than 10% in consideration of deformation during injection molding. The third lens 30 was designed as an aspherical surface to correct image curvature and applied a negative powder. In addition, the aspherical lens 31 is installed near the CRT, but in consideration of the thermal characteristics of the CRT to form a sealed space at a predetermined interval with the front surface of the CRT, the cooling oil 32 is filled in the sealed space.

또한 제3렌즈(30) 및 CRT는 제2렌즈(20)와 소정의 공기간격을 갖고 전후이동 및 틸팅가능하여, 촛점 조절 및 장치의 경상에 따른 상촛점 틸트조정이 용이하게 하였다.In addition, the third lens 30 and the CRT can be moved back and forth and tilted with a predetermined air gap with the second lens 20, thereby making it easier to adjust the focus and adjust the image focus according to the image of the device.

한편, 광학커플러(40)는 독립된 밀폐박스형태로 제작되어 상기 제2렌즈(20)의 구면렌즈(23)와 상기 제3렌즈(30) 측 및 다른 CRT들에 각각 대향되는 윈도우(41)(42)(46)(47), 다른 CRT들의 영상을 전달하는 이색성 거울(dichroic mirror ; 43,44), 그 내부에 충진되어 축상의 수차를 보정토록 그 이색성 거울(43)(44)기판의 굴절률의 20%내의 굴절률을 갖는 오일(45)로 이루어진 것이다.On the other hand, the optical coupler 40 is formed in a separate sealed box form, the window 41 facing the spherical lens 23 of the second lens 20, the third lens 30 side and the other CRTs respectively ( 42) (46) (47), dichroic mirrors (43,44) carrying images of other CRTs, and dichroic mirrors (43) (44) substrates filled therein to correct axial aberrations. It is made of an oil 45 having a refractive index within 20% of the refractive index of.

다음의 표 1은 상기의 구성에서 열림(F/mumber) 1.2, 초점거리(f) 170㎜로 실시한 광학데이터이다.The following Table 1 shows the optical data performed in the above configuration with F / mumber 1.2 and focal length f 170 mm.

[표 1]TABLE 1

표 1에서 #는 스크린측으로부터 배치되는 각 요소들의 면번호, Ri(i=1,2,…)는 i번째 면부터 i+1번째 면까지의 중심간격, Ni는 i번째 면의 굴절률, Ape는 각 렌즈의 유효반경이다.In Table 1, # is the surface number of each element arranged from the screen side, Ri (i = 1, 2, ...) is the center distance from the i th plane to the i + 1 th plane, Ni is the refractive index of the i th plane, Ape Is the effective radius of each lens.

또한 ASP는 해당면이 비구면임을 나타내며 이는ASP also indicates that the surface is aspheric.

단, X는 광축(OA)방향으로의 위치 정도X is the position in the optical axis (OA) direction

γ은 기준구면의 반경γ is the radius of the reference sphere

ρ의 광축(OA)으로부터의 높이height from optical axis OA

a,b,c,d는 비구면 계수이다.a, b, c, d are aspherical coefficients.

의 조건으로 표시된다. 비구면 계수의 데이터는 표 2와 같다.The condition is displayed. The data of aspherical coefficients are shown in Table 2.

[표 2]TABLE 2

이상의 실시예에 의하면, 제3렌즈(30)가 네거티브 파우어의 비구면(#-13)으로 되어 상면만곡수차를 보정하므로 CRT의 영상발생면(#-16)을 적정의 곡면으로 하는 것이 가능하고, 렌즈요소들의 직경을 150㎜이하로 소형화할 수 있다. 따라서 그만큼 CRT의 제작이 용이하고 장치의 소형화를 이룩할 수 있다.According to the above embodiment, since the third lens 30 becomes the aspherical surface (# -13) of the negative powder to correct image curvature aberration, it is possible to make the image generating surface (# -16) of the CRT an appropriate curved surface. The diameter of the lens elements can be downsized to 150 mm or less. Therefore, the CRT can be easily manufactured and the device can be miniaturized.

본 발명에 있어서는 CRT의 유효화면이 5inch의 것을 사용했을때 80~120inch의 큰 영상으로 확대투사가 가능하며, 그 투사거리는 선단의 렌즈로부터 2.2~3.25m정도이다. 특히 본 발명에 의하면, 광학계의 해상력이 TV 1000본(本)의 해상을 능가하고, 녹색의 CRT를 기준으로 하여 적 및 청색의 CRT들을 전후로 이동시켜 색수차 보정이 용이한등 광학성능이 월등한 효과가 제공된다.In the present invention, when the effective screen of the CRT is 5 inches, the projection can be enlarged to a large image of 80 to 120 inches, and the projection distance is about 2.2 to 3.25 m from the lens of the tip. In particular, according to the present invention, the resolution of the optical system exceeds the resolution of 1000 TVs, and the red and blue CRTs are moved back and forth on the basis of the green CRT to easily correct chromatic aberration. Is provided.

Claims

A projection optical device including a CRT and an optical coupler, the projection optical device comprising: a first lens and a second lens disposed in front of the optical coupler in turn, and a second lens disposed near an image generating surface of the CRT between the CRT and the optical coupler. Three lenses are provided, and the first lens and the second lens include four spherical lenses having optical powders and four aspherical lenses for correcting only off-axis aberration, and the third lens and the CRT are optical axes. Projection optical device, characterized in that configured to be moved back and forth along the tilt.

The projection optical apparatus according to claim 1, wherein the optical coupler is in the form of a transparent box that is independently sealed, and an oil having a predetermined refractive index is filled therein.

The projection optical apparatus according to claim 2, wherein the refractive index of the oil is within 20% of the refractive index of the dichroic mirror substrate.