WO2018056547A1 - 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템 - Google Patents

헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템 Download PDF

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WO2018056547A1
WO2018056547A1 PCT/KR2017/005568 KR2017005568W WO2018056547A1 WO 2018056547 A1 WO2018056547 A1 WO 2018056547A1 KR 2017005568 W KR2017005568 W KR 2017005568W WO 2018056547 A1 WO2018056547 A1 WO 2018056547A1
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head
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홍승기
김동근
남세영
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주식회사 세코닉스
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Definitions

  • the present invention relates to a lens system for a head-up display, and more particularly, for a head-up display that satisfies thermal compensation characteristics according to temperature by controlling a change in focal length of each lens by appropriately designing a DN / DT value according to the refractive power of the lens.
  • a lens system for a head-up display, and more particularly, for a head-up display that satisfies thermal compensation characteristics according to temperature by controlling a change in focal length of each lens by appropriately designing a DN / DT value according to the refractive power of the lens.
  • a head-up display is mainly used for providing a user with information about a device or surrounding information within a range not to deviate from the main line of sight of the user.
  • the head-up display device for a vehicle is to promote the driver's safety and to effectively transmit vehicle driving information and surrounding situation information to the driver, and to provide display information in front of the driver, that is, the windshield while driving the vehicle.
  • the projection image of the projector is reflected in the virtual image form on the windshield of the car by using the mirror for the head-up display.
  • Such a vehicle head-up display device is easier to be mounted in a vehicle, and further miniaturization and high resolution are required to improve its performance, and for this purpose, five sheets are required to implement high resolution inside the projector for the head-up display device.
  • the above lens system is constituted.
  • such a lens system is more likely to be affected by the heat generated from the internal elements as the size of the lens is reduced, and in particular, as the temperature inside the vehicle increases or the temperature of the internal elements increases, the refractive power of the lens becomes more severe. As a result, the image is not projected as the lens is designed, and the distorted image is finally formed.
  • the desired effective focal length can be obtained, but as the temperature increases, the effective focal length in each lens changes, or the position and shape change with the temperature of the internal elements constituting the lens system. This causes the lens in the lens array to deviate from the set position.
  • the internal temperature increases, thereby changing the effective focal length designed so that the desired image quality cannot be realized. do. That is, there is a problem that does not satisfy the thermal compensation characteristics.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and by appropriately designing the DN / DT value according to the refractive power of the lens to control the focal length change amount of each lens to satisfy the thermal compensation characteristics according to the temperature of the lens system for head-up display It is provided for that purpose.
  • the present invention in the lens system for a head-up display, composed of a group 1 lens positioned in the screen direction and the image element direction in the direction of the aperture relative to the aperture, the group 1 lens and the group 2 Among the plurality of lenses that make up the lens DN / DT (abs.) (Temperature Coefficients of Refractive Index (10 -6 / °C at 632.8nm)) value of the lens satisfying (P is the refractive power of each lens) is positive or negative value depending on the refractive power.
  • the technical arrangement of the head-up display lens system characterized by having a thermal compensation characteristic by controlling the focal length change amount of each lens by combining them so as to have a combination.
  • the first group lens may be arranged as a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens from a screen direction along an optical axis
  • the second group lens may be a fifth lens or a sixth lens from a screen direction along an optical axis.
  • a seventh lens and an eighth lens wherein the third lens, the fifth lens, the seventh lens, and the eighth lens have positive refractive power, and the fifth lens, the seventh lens, and the eighth lens
  • the refractive power of the eight lenses is higher than the refractive power of the third lens, and the DN / DT (abs.) Of the fifth, seventh, and eighth lenses (Temperature Coefficients of Refractive Index (10) -6 / ° C at 632.8 nm)) value preferably has a negative value.
  • the DN / DT (abs.) Temporal Coefficients of Refractive Index (10 ⁇ 6 / ° C. at 632.8 nm) values of the fifth lens, the seventh lens, and the eighth lens may have a temperature ranging from 60 ° C. to 80 ° C. It is preferable to have a negative value at.
  • the fifth lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of -7.7 to -7.1
  • the seventh lens is a DN / DT (abs.) Is selected from a material having -7.7 to -7.1
  • the eighth lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of -4.9 to -4.3, or in a temperature range of 60 ° C to 80 ° C.
  • the lens is selected from a material having DN / DT (abs.) Of -6.7 to -7.3, and the seventh lens is selected from a material having DN / DT (abs.) Of -7.3 to -6.7,
  • the lens is preferably selected from materials having a DN / DT (abs.) Of -3.9 to -3.3.
  • the refractive power P of the fifth lens, the seventh lens, and the eighth lens is preferably 40.00 ⁇ P ⁇ 70.00.
  • the head-up display lens system preferably satisfies -3.5 ⁇ f1 / f2 ⁇ 0 (where f1 represents the effective focal length of the group 1 lens and f2 represents the effective focal length of the group 2 lens).
  • the lens system for the head-up display satisfies f2 / F> 1.1 (where f2 represents the effective focal length of the two-group lens and F represents the effective focal length of the entire lens system).
  • the present invention relates to a lens system for a head-up display, wherein a lens for a head-up display that satisfies thermal compensation characteristics according to temperature by controlling an amount of change in focal length of each lens by appropriately designing a DN / DT value according to the refractive power of the lens It has the effect of providing a system.
  • a lens system including a lens array consisting of a total of eight lenses
  • the DN / DT value for the lens having a high refractive power to satisfy the thermal compensation characteristics it can provide a stable image even with temperature changes It is effective to provide a lens system for a high resolution, high performance head-up display.
  • FIG. 2 shows another embodiment of a lens system for a head-up display according to the invention.
  • the present invention relates to a lens system for a head-up display, wherein a lens for a head-up display that satisfies thermal compensation characteristics according to temperature by controlling an amount of change in focal length of each lens by appropriately designing a DN / DT value according to the refractive power of the lens It's about the system.
  • the present invention aims to provide a lens system for a high-resolution and high-performance head-up display that can provide a stable image even with temperature changes by setting DN / DT values for lenses having high refractive power to satisfy thermal compensation characteristics. .
  • 1 and 2 are views illustrating an embodiment of a lens system for a head-up display according to the present invention.
  • the present invention provides a lens system for a head-up display, wherein the lens system for a head-up display includes a group 1 lens positioned in a screen direction with respect to an aperture and a group 2 lens positioned in an image element direction.
  • the lens system for a head-up display includes a group 1 lens positioned in a screen direction with respect to an aperture and a group 2 lens positioned in an image element direction.
  • the plurality of lenses that make up the 2nd group lens DN / DT abbreviations of Refractive Index (10 -6 / °C at 632.8nm)
  • P is the refractive power of each lens
  • It is characterized by having a heat compensation characteristic by combining so as to have, and controlling the amount of change in focal length of each lens.
  • a plurality of lenses forming the first group lens and the second group lens P is the refractive power of each lens
  • P is the refractive power of each lens
  • the DN / DT value of the lens having positive refractive power has a negative value and the DN / DT value of the lens having negative refractive power has a positive value.
  • the design of the lens system limits the refractive power of the lens to the desired value, and the DN / DT value, which is a unique property of the lens, varies from material to material, so that the amount of change in focal length can be controlled by selecting the lens with reference to it. Will be.
  • the lens system for a head-up display having this characteristic is composed of a plurality of lenses, and in particular, consists of a group 1 lens positioned in the screen direction with respect to the aperture and a group 2 lens positioned in the image element direction.
  • the total number of lenses of the lens array can be appropriately selected in consideration of the use, resolution, etc. of the place to be used, such as 5, 6, 7, and 8 lenses.
  • a group 1 lens positioned in the screen direction with respect to the aperture (STO) and a group 2 lens positioned in the direction of the image element 400 are configured, and the group 1 lens has an optical axis.
  • the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4 are arranged from the screen direction, and the two-group lens is arranged along the optical axis from the screen direction.
  • the lens system for the head-up display includes a screen (not shown) located at the far left, a lens array 100, an internal reflection prism 200, a cover glass 300, and the like.
  • An image device 400 located at the far left, a lens array 100, an internal reflection prism 200, a cover glass 300, and the like.
  • the lens array 100 constituting the lens system for a head-up display according to the present invention is to enable high-performance implementation suitable for a high pixel lens system by allowing each lens to distribute the positive and negative refractive power evenly.
  • the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4 positioned in the screen direction with respect to the aperture STO constitute a group 1 lens
  • the aperture As a reference, the fifth lens L5, the sixth lens L6, the seventh lens L7, and the eighth lens L8 positioned in the direction of the image element 400 constitute a two-group lens.
  • the first lens L1 which is a group 1 lens
  • the second lens L2 is convex toward the image element 400, and has a positive refractive power
  • the third lens L3 is formed in a meniscus shape, has a positive refractive power
  • the fourth lens L4 is formed in a meniscus shape, and appropriately distributes the shape and refractive power of the lens, thereby miniaturizing the lens system. The distortion is corrected so that the performance is maintained at high resolution.
  • the seventh lens L7 is convex toward the image element 400 and has a positive refractive power
  • the eighth lens L8 is convex toward the screen and is formed to have a positive refractive power, thereby to stop the aperture.
  • the light rays passing through are formed to reach the image element 400, and the shape and refractive power of the lens are properly distributed so that the lens system can be miniaturized and high resolution can be achieved.
  • the first lens L1 to the eighth lens L8 are formed of a glass material, so that the characteristic change according to the temperature change is minimized, and thus the optical performance of the lens due to the heat change. It is to reduce the change.
  • the fifth lens L5, the seventh lens L7, and the eighth lens L8 constituting the two-group lens have a second focal length and a different positive refractive power. And a material having a relatively higher refractive power than the third lens L3, and particularly, the fifth lens L5, the seventh lens L7, and the eighth lens L8 constituting the two-group lens.
  • the refractive power P is characterized by 40.00 ⁇ P ⁇ 70.00.
  • DN / DT (abs.) Of the fifth lens L5, the seventh lens L7, and the eighth lens L8 constituting the two-group lens (Temperature Coefficients of Refractive Index (10 ⁇ 6 / ° C. at) 632.8 nm)) is selected from materials having a negative value in a high temperature environment, for example in the range of 60 ° C. to 80 ° C., in particular, the value of DN / DT (abs.) Is in the range of ⁇ 7.8 to ⁇ 3.3 It is preferably selected from materials having a value of.
  • the first lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of 0.3 to 1.0, and the second lens has a DN / DT (abs.)
  • the third lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of 0.1 to 0.5, and the fourth lens has a DN / DT (abs.) Of -1.4.
  • the fifth lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of -7.7 to -7.1, and the sixth lens has a DN / DT (abs.) Of -1.2.
  • the seventh lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of -7.7 to -7.1, and the eighth lens has a DN / DT (abs.) Of -4.9. It is preferred to select from materials having ⁇ 4.3.
  • the fifth lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of -6.7 to -7.3
  • the sixth lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of 0.5 to 1.1
  • the seventh lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of -7.3 to -6.7
  • the eighth lens is selected from a material having a DN / DT (abs.) Of -3.9 to -3.3. It is preferable.
  • the glass material has a finer refractive index as the temperature increases, and most lenses have a positive DN / DT value, and the present invention checks the refractive power of each lens and has a positive focal length.
  • the lens array 100 is configured by selecting a material having a relatively high refractive power (a fifth lens, a seventh lens, and an eighth lens) as a material having a negative value at a high temperature (60 ° C to 80 ° C) with a DN / DT value. It is.
  • the thermal compensation characteristics are not highly dependent on the lens length and thickness, and are determined by the material (DN / DT value) of the lens, refractive power, and positive / negative refraction between lens groups.
  • the lens system's refractive power is limited to the desired value during the design of the lens system, and the DN / DT value, which is a unique property of the lens, varies from material to material, so that the amount of change in focal length can be controlled by selecting the lens with reference to it. It would be.
  • the lens system for a head-up display according to the present invention, -3.5 ⁇ f1 / f2 ⁇ 0 (where f1 represents the effective focal length of the group 1 lens, f2 represents the effective focal length of the group 2 lens) It is characterized by being satisfied.
  • the lens system for head-up display is characterized by satisfying f2 / F> 1.1 (where f2 represents the effective focal length of the two-group lens and F represents the effective focal length of the entire lens system).
  • the focal length of the entire lens system is shorter than the focal length of the two-lens lens, so that it is advantageous to the miniaturized design.
  • the lens system for the head-up display 0.5 ⁇ t1 / t2 ⁇ 1.5 (where t1 represents the distance from the object surface of the first lens L1 to the aperture, t2 represents the distance from the aperture to the image surface) It is characterized by satisfying.
  • the length from the aperture to the image element 400 is not significantly different from the length from the screen of the first lens L1 to the aperture STO.
  • the lengths of t1 and t2 are the same, the distortion of the lens system can be corrected. have.
  • the lens system for the head-up display is, E6 / T6 ⁇ 3.0 (where E6 is the thickness of the portion where the outermost ray of the second lens (L2) is incident, T6 is the center thickness of the sixth lens (L6) It is characterized by the).
  • the first lens L1 to the eighth lens L8 are spherical lenses.
  • the present invention sets the DN / DT value to a negative value for a lens having high refractive power (positive refractive power) among the first to eighth lenses to satisfy thermal compensation characteristics so that the image is stable even with temperature change. It is an object of the present invention to provide a lens system for a head-up display capable of providing high resolution and high performance.
  • 1 and 2 show an embodiment of a lens system for a head-up display according to the present invention. 2 is different from the length of the entire lens system and the thickness of the lens with respect to FIG.
  • Table 1 shows refractive power of individual lenses of the lens array 100 according to the embodiment of FIG. 1.
  • Each individual lens has a meniscus of the first lens L1, a convex of the second lens L2 toward the image element, a meniscus of the third lens L3, and a mens of the fourth lens L4.
  • Curs the fifth lens L5 is a meniscus
  • the sixth lens L6 is concave in the image element and screen directions
  • the seventh lens L7 is convex in the image element direction
  • the eighth lens L8 is in the screen direction It has a convex shape.
  • Table 2 shows the material of each individual lens, and the first lens L1 to the eighth lens L8 are all glass materials, and show the trade name of HOYA.
  • Table 3 shows DN / DT values at low and high temperatures of each individual lens, and shows DN / DT values in the low temperature range (-40 ° C to -20 ° C) and the high temperature range (60 ° C to 80 ° C). Indicated.
  • Table 4 shows the effective focal lengths of the individual lenses, the effective focal lengths F of the entire lens array 100, and the effective focal lengths of the group 1 and group 2 lenses.
  • the effective focal length of the group 1 lenses L1 to L4 is -39.0705 mm
  • the effective focal length of the two group lenses L5 to L8 is 12.3707 mmg, which is the first of the two group lenses having the shortest effective focal length.
  • a lens having a negative DN / DT value in a high temperature region is concentrated in a group 2 lens, and an effective focal length of a group 1 lens has a negative value, and an effective focal length of a group 2 lens has a positive value.
  • a compensation relationship with temperature is established, so that the amount of change in the overall effective focal length is reduced, thereby providing a stable image even with temperature change.
  • the refractive power of each lens is checked, so that the DN / DT value of the lens of the lens having the positive focal length (the fifth lens, the seventh lens, and the eighth lens) is relatively high at high temperature. It was selected as the material to have. This is to have a thermal compensation property that compensates for the change in focal length as the lens length changes at high temperatures.
  • the lens system's refractive power is limited to the desired value during design of the lens system, and since the DN / DT value, which is a unique property of the lens, is different for each material, the lens is selected based on the reference. By controlling the amount of change in focal length, it can be designed to have thermal compensation characteristics.
  • Table 5 shows the thickness of the center of each lens, the thickness (edge thickness) of the portion where the outermost ray is incident on each lens, and the deviation thereof.
  • the center thickness and the edge thickness of each individual lens are limited within a specific range, and in particular, the thickness at the edge and the center of the sixth lens L6 is limited within a specific range, thereby reducing or equalizing the sensitivity when manufacturing the lens tolerance. Mitigation can be induced to provide excellent performance reproducibility.
  • the change in the effective focal length of the entire lens system due to the change in the position of the lens according to the change in position and shape of the internal element or mechanism structures constituting the lens system at a high temperature and low temperature the heat of the lens according to the present invention It is rewarded with characteristics.
  • thermal compensation characteristics are set by setting a DN / DT value for a lens having a high refractive power (the fifth lens, the seventh lens, and the eighth lens).
  • the present invention has an effect of providing a lens system for a head-up display having an eight-lens array with high resolution and high performance capable of providing a stable image even with temperature changes.
  • the present invention properly distributes the refractive power of each lens constituting such a lens system, using a glass material that is insensitive to temperature changes, and sets the shape (concave, convex or meniscus) of each lens Select materials with negative and positive DN / DT values, and place them in the proper positions in the lens array so that the refractive index changes due to heat and the focal length also changes when the fixed position of the lens changes due to heat.
  • a lens system for a head-up display aiming at high resolution, high performance, and small size and light weight is provided.
  • the position of the aperture was set, and the refractive powers of the group 1 and group 2 lenses were appropriately distributed, and the materials of the group 1 and the group 2 lenses were set, respectively.

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Abstract

본 발명은 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 있어서, 조리개를 기준으로 스크린 방향으로 위치한 1군렌즈와 이미지 소자 방향으로 위치한 2군렌즈로 구성되며, 상기 1군렌즈와 2군렌즈를 이루는 복수 개의 렌즈 중 |P|>=40(P는 각 렌즈의 굴절능)을 만족하는 렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm)) 값이 상기 굴절능에 따라 양수값 또는 음수값을 갖도록 조합배치하여, 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 열보상 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 렌즈의 굴절능에 따른 DN/DT 값을 적절히 배치 설계하여 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 온도에 따른 열보상 특성을 만족하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하는 이점이 있다.

Description

헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템
본 발명은 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 특히 렌즈의 굴절능에 따른 DN/DT 값을 적절히 배치 설계하여 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 온도에 따른 열보상 특성을 만족하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 관한 것이다.
최근, 휴대 단말기, 드론, 액션캠, 헤드마운티드 디스플레이, 헤드업 디스플레이 등의 장치의 소형화 및 고해상도의 요구에 따라 소형 카메라 모듈이 널리 사용되고 있다.
이러한 장치 중 헤드업 디스플레이(Head-up display)는 사용자의 주 시야 선을 벗어나지 않는 범위에서 장치에 대한 정보나 주변 정보를 사용자에게 제공하는 용도로 주로 사용되고 있다.
특히, 차량용 헤드업 디스플레이 장치는 운전자의 안전을 도모하고 차량 주행 정보와 주변 상황 정보를 효과적으로 운전자에게 전달해주기 위한 것으로서, 차량 주행 중 운전자 정면 즉, 전면 유리창에 디스플레이 정보가 제공되도록 하는 것으로서, 일반적으로 프로젝터의 투영이미지를 헤드업 디스플레이용 거울을 이용하여 자동차의 전면 유리창에 허상(virtual image) 형태로 비추어지도록 하는 것이다.
이러한 차량용 헤드업 디스플레이 장치는 차량에 장착이 보다 용이하도록 하고, 그 성능의 개선을 위해 소형화 및 고해상도가 더욱 요구되고 있는 추세이며, 이를 위해 헤드업 디스플레이 장치용 프로젝터 내부에 고해상도의 구현을 위해 5매 이상의 렌즈 시스템을 구성하고 있다.
또한, 이러한 렌즈 시스템은 소형화가 진행될수록 내부 소자에서 발생되는 열에 의해 영향을 받을 가능성이 높으며, 특히 차량 내부의 온도가 증가하거나, 내부 소자의 온도가 높아질수록 렌즈의 굴절능의 변화가 심해지고, 이로 인해 렌즈가 설계된 대로 화상이 투영되지 못해 최종적으로 왜곡된 상이 결상되게 된다.
일반적으로, 20℃의 실온에서는 원하는 유효 초점거리가 얻어질 수 있지만, 온도가 증가함에 따라 각각의 렌즈에서의 유효 초점거리가 변화하거나, 렌즈 시스템을 구성하는 내부 소자들의 온도에 따른 위치 및 형상 변화가 유발됨으로써 렌즈 어레이에서의 렌즈가 설정된 위치에서 이탈하게 되는데, 특히 제품의 사용시간이 증가할수록 내부 온도가 증가하게 되며, 이에 의해 설계된 유효 초점거리가 변화하여 원하는 화질이 구현되지 못하는 문제가 발생하게 된다. 즉, 열보상 특성을 만족하지 못하는 문제점이 생기게 된다.
종래의 기술들은 이러한 소형 카메라 시스템의 조리개(stop)를 기준으로 하여 스크린 방향으로 위치한 1군렌즈의 유효 초점거리의 편차와 이미지 소자 방향으로 위치한 2군렌즈의 유효 초점거리의 편차가 모두 정 또는 양의 방향으로 편향되게 설계되어 있어, 영상의 왜곡이 심하며, 고해상도, 고성능, 소형화의 실현이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 렌즈의 굴절능에 따른 DN/DT 값을 적절히 배치 설계하여 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 온도에 따른 열보상 특성을 만족하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 있어서, 조리개를 기준으로 스크린 방향으로 위치한 1군렌즈와 이미지 소자 방향으로 위치한 2군렌즈로 구성되며, 상기 1군렌즈와 2군렌즈를 이루는 복수 개의 렌즈 중
Figure PCTKR2017005568-appb-I000001
(P는 각 렌즈의 굴절능)을 만족하는 렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm)) 값이 상기 굴절능에 따라 양수값 또는 음수값을 갖도록 조합배치하여, 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 열보상 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 1군렌즈는 광축을 따라 스크린 방향으로부터 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈로 배열되며, 상기 2군렌즈는 광축을 따라 스크린 방향으로부터 제5렌즈, 제6렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈로 배열되고, 상기 제3렌즈, 상기 제5렌즈, 상기 제7렌즈 및 상기 제8렌즈는 정의 굴절능을 가지며, 상기 제5렌즈, 상기 제7렌즈 및 상기 제8렌즈의 굴절능의 값은 상기 제3렌즈의 굴절능에 비해 높은 값을 가지면서, 상기 제5렌즈, 제7렌즈, 제8렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm)) 값은 음수값을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제5렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm))의 값은 온도가 60℃~80℃ 범위에서 음수값을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 온도 -40℃ ~ -20℃ 범위에서, 상기 제5렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.7 ~ -7.1을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제7렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.7 ~ -7.1을 갖는 재료로부터 선택되며, 상기 제8렌즈는 DN/DT(abs.)가 -4.9 ~ -4.3을 갖는 재료로부터 선택되거나, 온도 60℃ ~ 80℃ 범위에서, 상기 제5렌즈는 DN/DT(abs.)가 -6.7 ~ -7.3을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제7렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.3 ~ -6.7을 갖는 재료로부터 선택되며, 상기 제8렌즈는 DN/DT(abs.)가 -3.9 ~ -3.3을 갖는 재료로부터 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제5렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈의 굴절능(P)은, 40.00<P<70.00인 것이 바람직하다.
또한, 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은, -3.5<f1/f2<0(여기에서, f1은 1군렌즈의 유효 초점거리, f2는 2군렌즈의 유효 초점거리를 나타낸다)를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은, f2/F>1.1(여기에서, f2는 2군렌즈의 유효 초점거리, F는 전체 렌즈 시스템의 유효 초점거리를 나타낸다)을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명은 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 렌즈의 굴절능에 따른 DN/DT 값을 적절히 배치 설계하여 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 온도에 따른 열보상 특성을 만족하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하는 효과가 있다.
또한, 높은 굴절능을 갖는 렌즈에 대해 DN/DT 값을 설정하여 열보상 특성을 만족하도록 하여 온도 변화에도 안정적인 화상을 제공할 수 있는 고해상도, 고성능화를 도모한 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
예컨대, 총 8매의 렌즈로 구성된 렌즈 어레이를 포함하는 렌즈 시스템에 있어서, 높은 굴절능을 갖는 렌즈에 대해 DN/DT 값을 설정하여 열보상 특성을 만족하도록 하여 온도 변화에도 안정적인 화상을 제공할 수 있는 고해상도, 고성능화를 도모한 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하는 효과가 있다.
도 1 - 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템의 실시예를 나타낸 도.
도 2 - 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템의 다른 실시예를 나타낸 도.
도 3 - 도 1의 실시예에 따른 MTF 그래프를 나타낸 도.
본 발명은 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 렌즈의 굴절능에 따른 DN/DT 값을 적절히 배치 설계하여 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 온도에 따른 열보상 특성을 만족하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 관한 것이다.
특히 높은 굴절능을 갖는 렌즈에 대해 DN/DT 값을 설정하여 열보상 특성을 만족하도록 하여 온도 변화에도 안정적인 화상을 제공할 수 있는 고해상도, 고성능화를 도모한 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템의 일실시예를 나타낸 도이다.
본 발명은 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 있어서, 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 있어서, 조리개를 기준으로 스크린 방향으로 위치한 1군렌즈와 이미지 소자 방향으로 위치한 2군렌즈로 구성되며, 상기 1군렌즈와 2군렌즈를 이루는 복수 개의 렌즈 중
Figure PCTKR2017005568-appb-I000002
(P는 각 렌즈의 굴절능)을 만족하는 렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm)) 값이 상기 굴절능에 따라 양수값 또는 음수값을 갖도록 조합배치하여, 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 열보상 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 굴절능이 상대적으로 큰 렌즈 중, 바람직하게는 상기 1군렌즈와 2군렌즈를 이루는 복수 개의 렌즈 중
Figure PCTKR2017005568-appb-I000003
(P는 각 렌즈의 굴절능)을 만족하는 렌즈의 DN/DT 값을 적절히 조절하여 온도에 따른 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어하도록 하는 것이다.
여기에서, 정의 굴절능을 갖는 렌즈의 DN/DT 값은 음수값을 갖도록 하고, 부의 굴절능을 갖는 렌즈의 DN/DT 값은 양수값을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
이는 글래스 재질 고유의 특성인 온도에 의해 재질의 굴절률이 변하는 특성을 이용한 것으로서, DN/DT 값이 음수값, 양수값을 갖는 재질을 헤드업 디스플레이 렌즈 시스템 내에 적정 위치에 배치시켜 열에 의해 굴절률이 변하면서 렌즈의 고정된 위치가 변할 때, 초점거리 위치도 같이 변하는 것을 이용하여 해상력 저하를 보상하고자 하는 것이다.
즉, 렌즈 시스템의 설계 중 렌즈의 굴절능을 원하는 수치로 제약하며, 렌즈의 고유 물성인 DN/DT 값의 크기가 재질마다 다름으로 이를 참조로 렌즈를 선정함에 따라 초점거리의 변화량을 제어할 수 있게 된다.
이러한 특징을 갖는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은 복수개의 렌즈들로 이루어지며, 특히 조리개를 기준으로 스크린 방향으로 위치한 1군렌즈와 이미지 소자 방향으로 위치한 2군렌즈로 구성되며, 이러한 렌즈 시스템을 구성하는 렌즈 어레이의 총 렌즈의 갯수를 5매, 6매, 7매 및 8매 등 사용하고자 하는 곳의 용도 및 해상도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
본 발명에서는 일실시예로 8매 렌즈에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일실시예로 조리개(STO)를 기준으로 스크린 방향으로 위치한 1군렌즈와 이미지 소자(400) 방향으로 위치한 2군렌즈로 구성되며, 상기 1군렌즈는 광축을 따라 스크린 방향으로부터 제1렌즈(L1), 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)로 배열되며, 상기 2군렌즈는 광축을 따라 스크린 방향으로부터 제5렌즈(L5), 제6렌즈(L6), 제7렌즈(L7) 및 제8렌즈(L8)로 배열되고, 상기 제1렌즈(L1)는 부의 굴절능, 상기 제2렌즈(L2)는 정의 굴절능, 상기 제3렌즈(L3)는 정의 굴절능, 상기 제4렌즈(L4)는 부의 굴절능, 상기 제5렌즈(L5)는 정의 굴절능, 상기 제6렌즈(L6)는 부의 굴절능, 상기 제7렌즈(L7)는 정의 굴절능 및 상기 제8렌즈(L8)는 정의 굴절능을 가지며, 상기 제5렌즈(L5), 상기 제7렌즈(L7) 및 상기 제8렌즈(L8)의 굴절능의 값은 상기 제2렌즈(L2) 및 상기 제3렌즈(L3)의 굴절능에 비해 높은 값을 가지면서, 상기 제5렌즈(L5), 제7렌즈(L7), 제8렌즈(L8)의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm)) 값은 음수값을 갖는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 기술적 요지로 한다.
이러한 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제일 왼쪽에 위치하는 스크린(미도시), 렌즈 어레이(100), 내부전반사 프리즘(200), 커버글래스(300) 및 이미지 소자(400)를 포함한다.
본 발명에 따른 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 이루는 렌즈 어레이(100)는 각 렌즈가 양과 음의 굴절능이 고르게 분포하도록 하여 고화소 렌즈 시스템에 적합한 고성능의 구현이 가능하도록 한 것이다.
특히, 조리개(STO)를 기준으로 스크린 방향으로 위치한 제1렌즈(L1), 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)는 1군렌즈를 구성하며, 조리개를 기준으로 이미지 소자(400) 방향으로 위치한 제5렌즈(L5), 제6렌즈(L6), 제7렌즈(L7) 및 제8렌즈(L8)는 2군렌즈를 구성하고 있다.
여기에서, 1군렌즈인 제1렌즈(L1)는 매니스커스 형상으로 형성되며, 부의 굴절능을 가지고, 제2렌즈(L2)는 이미지 소자(400) 방향으로 볼록하며, 정의 굴절능을 가지고, 제3렌즈(L3)는 매니스커스 형상으로 형성되며, 정의 굴절능을 가지고, 제4렌즈(L4)는 매니스커스 형상으로 형성되어, 렌즈의 형상 및 굴절능을 적절히 분배하여 소형 렌즈 시스템을 구축하도록 하였으며, 왜곡이 보정되도록 하여 고해상도로 성능이 유지되도록 한 것이다.
그리고, 2군렌즈인 제5렌즈(L5)는 매니스커스 형상으로로 형성되며, 정의 굴절능을 가지고, 제6렌즈(L6)는 이미지 소자(400) 또는 스크린 방향으로 오목하며, 부의 굴절능을 가지고, 제7렌즈(L7)는 이미지 소자(400) 방향으로 볼록하며, 정의 굴절능을 가지고, 제8렌즈(L8)는 스크린 방향으로 볼록하며, 정의 굴절능을 가지도록 형성되어, 조리개를 통과한 광선이 이미지 소자(400)에 도달하도록 형성되며, 렌즈의 형상 및 굴절능을 적절히 분배하여 설계함으로써, 렌즈 시스템의 소형화, 고해상도를 도모하도록 한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에 의하면 상기 제1렌즈(L1) 내지 제8렌즈(L8)는 글래스 재질로 형성되어, 온도 변화에 따른 특성 변화가 최소화되도록 하여, 열 변화에 의한 렌즈의 광학적 성능 변화를 줄이도록 한 것이다.
그리고, 상기 2군렌즈를 이루는 상기 제5렌즈(L5), 제7렌즈(L7) 및 제8렌즈(L8)는 양의 초점거리를 가지면서 다른 양의 굴절능을 갖는 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)에 비해 굴절능이 비교적 큰 재료로부터 선택하는 것이 바람직하며, 특히, 상기 2군렌즈를 이루는 상기 제5렌즈(L5), 제7렌즈(L7) 및 제8렌즈(L8)의 굴절능(P)은, 40.00<P<70.00인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2군렌즈를 이루는 상기 제5렌즈(L5), 제7렌즈(L7) 및 제8렌즈(L8)의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm))의 값은 고온 환경에서, 예컨대 온도가 60℃~80℃ 범위에서 음수값을 갖는 재료로부터 선택되며, 특히, 상기 DN/DT(abs.)의 값은, -7.8 내지 -3.3 범위의 값을 갖는 재료로부터 선택되는 것이 바람직하다.
여기에서, 온도 -40℃ ~ -20℃ 범위에서, 상기 제1렌즈는 DN/DT(abs.)가 0.3 ~ 1.0을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제2렌즈는 DN/DT(abs.)가 -1.6 ~ -1.0을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제3렌즈는 DN/DT(abs.)가 0.1 ~ 0.5를 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제4렌즈는 DN/DT(abs.)가 -1.4 ~ -0.8을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제5렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.7 ~ -7.1을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제6렌즈는 DN/DT(abs.)가 -1.2 ~ -0.6을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제7렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.7 ~ -7.1을 갖는 재료로부터 선택되며, 상기 제8렌즈는 DN/DT(abs.)가 -4.9 ~ -4.3을 갖는 재료로부터 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 온도 60℃ ~ 80℃ 범위에서, 상기 제1렌즈는 DN/DT(abs.)가 1.7 ~ 2.3을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제2렌즈는 DN/DT(abs.)가 0.2 ~ 0.8을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제3렌즈는 DN/DT(abs.)가 1.4 ~ 2.0을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제4렌즈는 DN/DT(abs.)가 0.4 ~ 1.0을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제5렌즈는 DN/DT(abs.)가 -6.7 ~ -7.3을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제6렌즈는 DN/DT(abs.)가 0.5 ~ 1.1을 갖는 재료로부터 선택되고, 상기 제7렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.3 ~ -6.7을 갖는 재료로부터 선택되며, 상기 제8렌즈는 DN/DT(abs.)가 -3.9 ~ -3.3을 갖는 재료로부터 선택되는 것이 바람직하다.
일반적으로 글래스 재질은 온도가 높아짐에 따라 굴절률도 미세하게 높아지게 되며, 대부분의 렌즈는 DN/DT 값이 양수를 갖게 되는데, 본 발명은 각각의 렌즈 굴절능을 확인하여 양의 초점거리를 갖는 렌즈 중 굴절능이 비교적 큰 렌즈(제5렌즈, 제7렌즈, 제8렌즈)의 재료를 DN/DT 값이 고온(60℃ ~ 80℃)에서 음수값을 갖는 재료로 선정하여 렌즈 어레이(100)를 구성하는 것이다.
이는 열에 의해 초점거리가 강제적으로 변하며, 고온에서 렌즈의 길이가 변함에 따른 초점거리 변화를 역으로 보상을 하게 되는 성질을 갖는 것을 이용한 것이다.
이러한 열보상 특성은 렌즈 길이 및 두께 등에는 크게 의존하지 않으며, 렌즈의 재질(DN/DT 값), 굴절능, 렌즈군 간의 굴절능 양/음수 보상 등에 의해 결정되게 된다.
따라서, 렌즈 시스템의 설계 중 렌즈의 굴절능을 원하는 수치로 제약하며, 렌즈의 고유 물성인 DN/DT 값의 크기가 재질마다 다름으로 이를 참조로 렌즈를 선정함에 따라 초점거리의 변화량을 컨트롤할 수 있도록 한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은, -3.5<f1/f2<0(여기에서, f1은 1군렌즈의 유효 초점거리, f2는 2군렌즈의 유효 초점거리를 나타낸다)를 만족하는 것을 특징으로 한다.
즉, 1군렌즈의 유효 초점거리에 대한 2군렌즈의 유효 초점거리를 설정하여, 각 유효 초점거리에 대한 비에 따라 렌즈 시스템의 크기를 조절할 수 있으며, 각 렌즈군의 유효 초점거리가 유사할수록 렌즈 시스템의 소형화가 구현되게 된다.
그리고, 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은, f2/F>1.1(여기에서, f2는 2군렌즈의 유효 초점거리, F는 전체 렌즈 시스템의 유효 초점거리를 나타낸다)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
이는 전체 렌즈 시스템의 유효 초점거리에 대한 2군렌즈의 유효 초점거리를 설정한 것으로서, 2군렌즈의 초점거리에 비해 전체 렌즈 시스템의 초점거리는 짧게 형성함으로써, 소형화 설계에 유리하도록 한 것이다.
또한, 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은, 0.5<t1/t2<1.5(여기에서, t1은 제1렌즈(L1)의 물체면에서 조리개까지의 거리, t2는 조리개에서 상면까지의 거리를 나타낸다)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
이는 조리개에서 이미지 소자(400)까지의 길이가 제1렌즈(L1)의 스크린에서 조리개(STO)까지의 길이와 큰 차이가 없으며, t1과 t2의 길이가 같을수록 렌즈 시스템의 왜곡을 보정할 수 있다.
또한, 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은, E6/T6<3.0(여기에서, E6는 제2렌즈(L2)의 최외곽 광선이 입사되는 부분의 두께, T6는 제6렌즈(L6)의 중심 두께를 나타낸다)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
이는, 제6렌즈(L6)의 엣지 및 중심에서의 두께를 규정한 것으로서, 렌즈 제작시 민감도를 저감 또는 균등화시켜 공차 완화를 유도할 수 있도록 하여, 성능 재현성이 우수한 장점이 있다.
또한, 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은, 상기 제1렌즈(L1) 내지 제8렌즈(L8)는 구면렌즈인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 본 발명은 상기 제1렌즈 내지 제8렌즈 중 높은 굴절능(정의 굴절능)을 갖는 렌즈에 대해 DN/DT 값을 음수값으로 설정하여 열보상 특성을 만족하도록 하여 온도 변화에도 안정적인 화상을 제공할 수 있는 고해상도, 고성능화를 도모한 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템의 실시예를 나타낸 것이다. 도 2는 도 1에 대해 전체 렌즈 시스템의 길이 및 렌즈의 두께 등이 다르게 형성된 것이다.
도시된 바와 같이, 광축을 따라 스크린으로부터 제1렌즈(L1), 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3), 제4렌즈(L4), 조리개(STO), 제5렌즈(L5), 제6렌즈(L6), 제7렌즈(L7), 제8렌즈(L8)로 이루어진 렌즈 어레이(100), 내부전반사 프리즘(200), 커버글래스(300) 및 이미지 소자(400)의 순서로 배치되게 된다.
다음 표 1은 도 1의 실시예에 따른 렌즈 어레이(100)의 개별 렌즈의 굴절능을 나타낸 것이다.
Figure PCTKR2017005568-appb-I000004
그리고, 각 개별 렌즈는 제1렌즈(L1)는 매니스커스, 제2렌즈(L2)는 이미지 소자 방향으로 볼록, 제3렌즈(L3)는 매니스커스, 제4렌즈(L4)는 매니스커스, 제5렌즈(L5)는 매니스커스, 제6렌즈(L6)는 이미지 소자 및 스크린 방향으로 오목, 제7렌즈(L7)는 이미지 소자 방향으로 볼록, 제8렌즈(L8)는 스크린 방향으로 볼록한 형상을 갖는다.
다음 표 2는 각 개별 렌즈의 재질을 나타낸 것으로서, 제1렌즈(L1) 내지 제8렌즈(L8) 모두 글래스 재질이며, 호야(HOYA) 사의 상품명을 나타낸 것이다.
Figure PCTKR2017005568-appb-I000005
다음 표 3은 각 개별 렌즈의 저온 및 고온에서의 DN/DT 값을 나타낸 것으로써, 저온 영역(-40℃ ~ -20℃) 및 고온 영역(60℃ ~ 80℃)에서의 DN/DT 값을 나타내었다.
Figure PCTKR2017005568-appb-I000006
다음 표 4는 각 개별 렌즈의 유효 초점거리, 전체 렌즈 어레이(100)의 유효 초점거리(F), 1군렌즈 및 2군렌즈의 유효 초점거리를 나타낸 것이다.
Figure PCTKR2017005568-appb-I000007
표 4에 나타낸 바와 같이, 1군렌즈(L1~L4)의 유효 초점거리는 -39.0705mm이고, 2군렌즈(L5~L8)의 유효 초점거리는 12.3707mmg로, 유효 초점거리가 짧은 2군렌즈 중 제5렌즈(L5), 제7렌즈(L7), 제8렌즈(L8)의 DN/DT 값이 음수값을 갖는 재질의 렌즈를 사용함으로써, 고온에서의 렌즈의 굴절률 변화가 적도록 하면서, 제1 내지 제8렌즈(L8)의 전체적인 DN/DT 값의 절대수치가 작아지도록 렌즈 어레이(100)를 구성하여 열에 의한 광학적 성능 변화를 최소화하도록 한 것이다.
즉, 고온영역에서의 DN/DT 값이 음수를 갖는 렌즈가 2군렌즈에 집중되어 있으며, 1군렌즈의 유효 초점거리는 음의 값을 갖고, 2군렌즈의 유효 초점거리는 양의 값을 가지므로, 온도에 대한 보상관계가 성립하여, 전체 유효 초점거리의 변화량이 줄어들어 온도 변화에도 안정적인 화상을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 각 렌즈의 굴절능을 확인하여 양의 초점거리를 갖는 렌즈 중 굴절능이 비교적 큰 렌즈(제5렌즈, 제7렌즈, 제8렌즈)의 재료 중에서 DN/DT 값이 고온에서 음수값을 갖는 재료로 선정하였다. 이는 고온에서 렌즈의 길이가 변함에 따른 초점거리 변화를 역으로 보상을 하게 되는 열보상 특성을 갖도록 한 것이다.
이러한 열보상 특성은 렌즈 길이 및 두께 등에는 크게 의존하지 않으며, 렌즈의 재질(DN/DT 값), 굴절능, 렌즈군 간의 굴절능 양/음수 보상 등에 의해 결정되게 되므로, 열보상 특성을 갖도록 렌즈의 재질 및 굴절능을 특정하여 재료를 선택하도록 하였다.
따라서, 렌즈 시스템의 설계 중 렌즈의 굴절능을 원하는 수치로 제약하며, 렌즈의 고유 물성인 DN/DT 값의 크기가 재질마다 다름으로 이를 참조로 렌즈를 선정함으로써, 1군렌즈 및 2군렌즈의 초점거리의 변화량을 컨트롤하여 열보상 특성을 갖도록 설계할 수 있는 것이다.
그리고, 제1렌즈(L1)의 스크린 방향 면에서 조리개(STO)까지의 거리는 24mm이고, 조리개(STO)에서 제8렌즈(L8)의 이미지 소자(400) 방향 면까지의 거리는 42mm이며, 조리개(STO)에서 이미지 소자(400)까지의 거리는 40.8396mm이다.
다음 표 5는 개별 렌즈의 중심두께, 각 렌즈에서의 최외곽 광선이 입사되는 부분의 두께(엣지두께) 및 그 편차를 나타낸 것이다.
Figure PCTKR2017005568-appb-I000008
표 5는 각 개별 렌즈에서의 중심두께 및 엣지두께를 특정한 범위 내로 한정하였으며, 특히 제6렌즈(L6)의 엣지 및 중심에서의 두께를 특정한 범위 내로 한정함으로써 렌즈 제작시 민감도를 저감 또는 균등화시켜 공차 완화를 유도할 수 있도록 하여, 성능 재현성이 우수하도록 하였다.
도 3은 제1실시예에 따른 MTF 그래프를 나타낸 것으로서, 고온 및 저온에서 유효 초점거리의 변화를 나타낸 것이며, 1군렌즈 및 2군렌즈의 유효 초점거리의 변화량도 반대로 상쇄되어, 온도 보상관계가 더욱 명확하게 성립함을 확인할 수 있었다.
즉, 고온 및 저온에서의 렌즈 시스템을 구성하는 내부 소자 또는 기구 구조들의 온도에 따른 위치 및 형상 변화에 따른 렌즈의 위치 변화로 인한 전체 렌즈 시스템의 유효 초점거리의 변화를 본 발명에 따른 렌즈의 열특성으로 보상해주는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 렌즈의 굴절능에 따른 DN/DT 값을 적절히 배치 설계하여 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 온도에 따른 열보상 특성을 만족하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 높은 굴절능을 갖는 렌즈에 대해 DN/DT 값을 설정하여 열보상 특성을 만족하도록 하여 온도 변화에도 안정적인 화상을 제공할 수 있는 고해상도, 고성능화를 도모한 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
예컨대, 총 8매의 렌즈로 구성된 렌즈 어레이를 포함하는 렌즈 시스템에 있어서, 높은 굴절능을 갖는 렌즈(제5렌즈, 제7렌즈, 제8렌즈)에 대해 DN/DT 값을 설정하여 열보상 특성을 만족하도록 하여 온도 변화에도 안정적인 화상을 제공할 수 있는 고해상도, 고성능화를 도모한 8매 렌즈 어레이를 갖는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 이러한 렌즈 시스템을 구성하는 각 렌즈들의 굴절능을 적절히 분배하고, 온도에 따른 특성 변화가 둔감한 글래스 재질을 사용하며, 각 렌즈들의 형상(오목, 볼록 또는 매니스커스)을 설정하고, DN/DT값이 음수, 양수 값을 갖는 재질을 선택하며, 렌즈 어레이 내 적정 위치에 배치시켜 열에 의한 굴절률이 변하면서 열에 의해 렌즈의 고정된 위치가 변할 때 초점거리도 같이 변하도록 하여 해상력 저하를 보상할 수 있도록 하여, 고해상도, 고성능화 및 소형, 경량화를 도모한 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하고 있다.
또한, 조리개의 위치를 설정하고, 이를 중심으로 1군렌즈 및 2군렌즈의 굴절능을 적절히 분배하고, 1군렌즈 및 2군렌즈의 재질을 각 설정하였으며, 각 렌즈 및 1군렌즈와 2군렌즈들의 각각의 유효 초점거리 등을 적절히 설계하여, 고온 등의 사용 환경에서도 온도 보상관계가 유효하게 성립할 수 있도록 하여, 온도 변화에도 안정적인 화상을 제공할 수 있는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

Claims (8)

  1. 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 있어서,
    조리개를 기준으로 스크린 방향으로 위치한 1군렌즈와 이미지 소자 방향으로 위치한 2군렌즈로 구성되며,
    상기 1군렌즈와 2군렌즈를 이루는 복수 개의 렌즈 중 |P|=40(P는 각 렌즈의 굴절능)을 만족하는 렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm)) 값이 상기 굴절능에 따라 양수값 또는 음수값을 갖도록 조합배치하여, 각 렌즈의 초점거리 변화량을 제어함으로써 열보상 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 1군렌즈는 광축을 따라 스크린 방향으로부터 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈로 배열되며, 상기 2군렌즈는 광축을 따라 스크린 방향으로부터 제5렌즈, 제6렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈로 배열되고,
    상기 제3렌즈, 상기 제5렌즈, 상기 제7렌즈 및 상기 제8렌즈는 정의 굴절능을 가지며,
    상기 제5렌즈, 상기 제7렌즈 및 상기 제8렌즈의 굴절능의 값은 상기 제3렌즈의 굴절능에 비해 높은 값을 가지면서, 상기 제5렌즈, 제7렌즈, 제8렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm)) 값은 음수값을 갖는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제5렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm))의 값은 온도가 60℃~80℃ 범위에서 음수값을 갖는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    온도 -40℃ ~ -20℃ 범위에서,
    상기 제5렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.7 ~ -7.1을 갖는 재료로부터 선택되고,
    상기 제7렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.7 ~ -7.1을 갖는 재료로부터 선택되며,
    상기 제8렌즈는 DN/DT(abs.)가 -4.9 ~ -4.3을 갖는 재료로부터 선택되거나,
    온도 60℃ ~ 80℃ 범위에서,
    상기 제5렌즈는 DN/DT(abs.)가 -6.7 ~ -7.3을 갖는 재료로부터 선택되고,
    상기 제7렌즈는 DN/DT(abs.)가 -7.3 ~ -6.7을 갖는 재료로부터 선택되며,
    상기 제8렌즈는 DN/DT(abs.)가 -3.9 ~ -3.3을 갖는 재료로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 제5렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈의 굴절능(P)은,
    40.00<P<70.00인 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은,
    -3.5<f1/f2<0(여기에서, f1은 1군렌즈의 유효 초점거리, f2는 2군렌즈의 유효 초점거리를 나타낸다)를 만족하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템은,
    f2/F>1.1(여기에서, f2는 2군렌즈의 유효 초점거리, F는 전체 렌즈 시스템의 유효 초점거리를 나타낸다)을 만족하는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템.
  8. 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템에 있어서,
    조리개를 기준으로 스크린 방향으로 위치한 1군렌즈와 이미지 소자 방향으로 위치한 2군렌즈로 구성되며,
    상기 1군렌즈는 광축을 따라 스크린 방향으로부터 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈로 배열되며, 상기 2군렌즈는 광축을 따라 스크린 방향으로부터 제5렌즈, 제6렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈로 배열되고,
    상기 제3렌즈, 상기 제5렌즈, 상기 제7렌즈 및 상기 제8렌즈는 정의 굴절능을 가지며,
    상기 제5렌즈, 상기 제7렌즈 및 상기 제8렌즈의 굴절능의 값은 상기 제3렌즈의 굴절능에 비해 높은 값을 가지면서, 상기 제5렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈의 굴절능(P)은 40.00<P<70.00를 만족하며,
    상기 제5렌즈, 제7렌즈, 제8렌즈의 DN/DT(abs.)(Temperature Coefficients of Refractive Index(10-6/℃ at 632.8nm)) 값은 고온(60℃~80℃)에서 음수값을 가지며,
    제1렌즈 내지 제8렌즈는 글래스 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드업 디스플레이용 렌즈 시스템.
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