KR0141164B1 - Optical projection system for projector - Google Patents
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Abstract
프로젝터용 투영광학계가 개시되어 있다.A projection optical system for a projector is disclosed.
이 개시된 투영광학게는 결상면(110)에서 먼 쪽부터 배치된 제1메니스커스렌즈, 제1오목렌즈, 볼록렌즈 및 제2메니스커스렌즈가 조합되어 양의 굴절력을 가지는 제1렌즈유니트(131); 와 제1렌즈유니트(131)에서 발생된 페쯔발 합(Petzval's sum)과 색수차를 보정하도록 음의 굴절력을 가지는 제2렌즈유니트(132); 와 주광선이 결상면(110)에 대하여 수직에 가깝게 입사하도록 결상면(110)을 향한 면의 곡률반경은 무한대이며, 결상면(110)에 반대되는 면은 볼록하게 형성된 2매의 평볼록렌즈로 된 제3렌즈유니트(133)가 구비된 것을 특징으로 한다.The disclosed optical projection cradle is a first lens unit having a positive refractive power by combining a first meniscus lens, a first concave lens, a convex lens, and a second meniscus lens disposed from a far side from the imaging surface 110. 131; And a second lens unit 132 having negative refractive power to correct Petzval's sum and chromatic aberration generated in the first lens unit 131; The radius of curvature of the face toward the image plane 110 is infinite so that the main ray and the primary ray enter the image plane 110 close to the vertical, and the surface opposite to the image plane 110 is convexly formed with two flat convex lenses. The third lens unit 133 is characterized in that it is provided.
또한, 바람직하게는 제3렌즈유니트(133)의 fcon와 전체 광학계의 초점거리 f 사이의 관계식이 fcon1.3f이며, 액정패널에서 출사된 화상의 폭을 조절하는 조리개가 제1메니스커스렌즈의 전방에 설치된다.In addition, preferably the relation between f con of the third lens unit 133 and the focal length f of the entire optical system is f con 1.3f, and the aperture for adjusting the width of the image emitted from the liquid crystal panel is the first meniscus. It is installed in front of the lens.
Description
제1도는 종래의 프로젝터용 투사광학계의 광학적 배치를 보인 구성도.1 is a configuration diagram showing an optical arrangement of a conventional projection optical system for projectors.
제2도는 본 발명에 따른 프로젝터용 투사광학계의 광학적 배치를 보인 구성도.2 is a block diagram showing the optical arrangement of the projection optical system for a projector according to the present invention.
제3도의 (a)(b)는 본 발명에 따른 프로젝터용 투사광학계의 수차를 나타낸 수차도.(A) and (b) of FIG. 3 are aberration diagrams showing aberrations of a projection optical system for a projector according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
110:결상면 120:조리개110: imaging plane 120: aperture
131:제1렌즈유니트 132:제2렌즈유니트131: first lens unit 132: second lens unit
133:제3렌즈유니트133: the third lens unit
본 발명은 액정 패널상의 비데오 화상을 스크린에 결상시켜 확대 투영상을 얻는데 이용되는 프로젝터용 투영광학계에 관한 것이다.The present invention relates to a projection optical system for projectors used to form a video image on a liquid crystal panel onto a screen to obtain an enlarged projection image.
본 발명은 본 출원인이 1994년 3월 28일에 출원한 출원번호 제94-6231호 '투영광학계'를 구조적으로 더욱 개선한 것이다.The present invention further structurally improves the application projection No. 94-6231 'projection optical system' filed on March 28, 1994, the applicant.
제1도는 종래의 프로젝터용 투영광학계의 광학적 배치를 보인 구성도이다.1 is a configuration diagram showing an optical arrangement of a conventional projection optical system for projectors.
투영광학계는 액정패널 쪽으로부터 스크린 쪽으로 제1렌즈에서 제6렌즈까지 배열된 6매 렌즈로 이루어져 있다. 제1렌즈는 곡률반경 R1및 R2를 가지는 메니스커스 렌즈이고, 제2렌즈는 곡률반경 R3및 R4를 가지는 오목렌즈이고, 제3렌즈는 곡률반경 R5및 R6를 가지는 볼록렌즈이고, 제4렌즈는 곡률반경 R7및 R8을 가지는 오목렌즈로서, 상기 제1렌즈에서 제4렌즈가 전군렌즈부(31)를 형성한다. 그리고, 제5렌즈는 곡률반경 R9및 R10을 가지는 평볼록렌즈이고, 제6렌즈는 곡률반경 R11및 R12를 가지는 평볼록렌즈로서, 이 제5렌즈 및 제6렌즈가 후군렌즈부(32)를 형성한다. 또한, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에는 조리개(20)가 설치되어 있다.The projection optical system consists of six lenses arranged from the first lens to the sixth lens toward the screen from the liquid crystal panel side. The first lens is a meniscus lens having curvature radii R 1 and R 2 , the second lens is a concave lens having curvature radii R 3 and R 4 , and the third lens is a convex with curvature radii R 5 and R 6 . The fourth lens is a concave lens having curvature radii R 7 and R 8 , in which the fourth lens forms the front lens group 31. The fifth lens is a flat convex lens having curvature radii R 9 and R 10 , and the sixth lens is a flat convex lens having curvature radii R 11 and R 12 , and the fifth and sixth lenses are rear lens group units. To form 32. In addition, an aperture 20 is provided between the first lens and the second lens.
전체 렌즈가 텔레센트릭(telecentric)성을 유지하면서 광학계의 길이를 줄이려면, R12면과 스크린의 결상면(10)까지의 뒷초점거리가 짧아야 하며, 상기 조리개(20)와 R12면까지의 간격이 단축되어야 한다. 광학계의 길이를 단축하기 위하여 상기 전군렌즈부(31)는 망원형으로 되어있다. 또한, 상기 R8면 이후의 발산각이 커지는 것을 보상하여 결상면(10)에 수직하게 유도하고자, 후군렌즈부(32)로 강한 양의 발산을 가지는 볼록렌즈를 사용하였다. 상기 후군렌즈부(32)를 이루는 렌즈 각각의 광출사쪽 면은 양산성과 조립성을 고려하여 평면으로 이루어져 있다.In order to reduce the length of the optical system while maintaining the telecentricity of the entire lens, the rear focusing distance between the R 12 surface and the image forming surface 10 of the screen should be short, and the aperture 20 and R 12 surface should be short. Should be shortened. In order to shorten the length of the optical system, the lens group 31 is telescopic. In addition, a convex lens having a strong positive divergence was used as the rear lens group unit 32 to compensate the divergence angle after the R 8 plane to be perpendicular to the imaging plane 10. The light exit surface of each lens constituting the rear lens group 32 is flat in consideration of mass productivity and assembly.
표 1은 종래의 프로젝터용 투사광학계의 일실시예에 따른 일실시예에 따른 렌즈 규격표이다.Table 1 is a lens specification table according to an embodiment of a conventional projection optical system for a projector.
여기서, 조리개(20)는 R면에서 거리 0.84에 위치한다. 또한, 굴절률 Ng는 스펙트럼의 g-line 굴절률을 나타낸다.Here, the diaphragm 20 is located at a distance of 0.84 in the R plane. In addition, the refractive index Ng represents the g-line refractive index of the spectrum.
이와같이 이루어진 종래의 프로젝터용 투영광학계는 광학계를 통과하는 화상의 최대높이에 비하여 0.5에서 0.7배 높이의 주 광선의 결상면 입사각을 살펴볼때, 액정 패널 면의 수직과 5°에서 6°정도의 각도 차이를 보인다. 이 각도 차이에 의하여 액정 패널에서 출사한 평행광을 적절히 포괄하지 못하며, 상기 주광선과 패널에서 출사되는 광속의 중심과 일치하지 않는다. 즉, 조명광이 상기 조리개와 일치하지 않게 입사하므로 스크린에 형성되는 화면조도의 불균일을 초래하고 조명광선이 조리개의 중심을 벗어나 수차 보정이 어려운 영역을 통과하므로써 결상성능을 저하시킨다.The conventional projection optical system for projectors made as described above has an angle difference of 5 ° to 6 ° perpendicular to the surface of the liquid crystal panel when the incident angle of the imaging plane of the main beam of 0.5 to 0.7 times higher than the maximum height of the image passing through the optical system is examined. Seems. Due to this angular difference, the parallel light emitted from the liquid crystal panel cannot be adequately covered, and the center light beam does not coincide with the center of the light beam emitted from the panel. That is, the illumination light is incident to be inconsistent with the aperture, resulting in non-uniformity of screen roughness formed on the screen, and the illumination light passes through a region where correction of aberration is difficult beyond the center of the aperture, thereby degrading the imaging performance.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 투사광학계의 크기를 작게하고, 스크린에 맺히는 화면조도를 향상시킬 수 있도록 된 프로젝터용 투사광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a projection optical system for a projector, which is designed to reduce the size of the projection optical system and to improve the screen roughness formed on the screen.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 결상면에서 먼 쪽부터 배치된 제1메니스커스렌즈, 제1오목렌즈, 제2메니스커스렌즈 및 볼록렌즈가 조합되어 양의 굴절력을 가지는 제1렌즈유니트; 와 상기 제1렌즈유니트에서 발생된 페쯔발 합(Petzval's sum)과 색수차를 보정하도록 음의 굴절력을 가지는 제2렌즈유니트; 와 주광선이 결상면에 대하여 수직에 가깝게 입사하도록 상기 결상면을 향한 면의 곡률반경은 무한대이며, 상기 결상면에 반대되는 면은 볼록하게 형성된 2매의 평볼록렌즈로 된 제3렌즈유니트가 구비된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a first lens having a positive refractive power by combining a first meniscus lens, a first concave lens, a second meniscus lens, and a convex lens arranged from a far side from an imaging plane. Unit; And a second lens unit having negative refractive power to correct Petzval's sum and chromatic aberration generated in the first lens unit. And the radius of curvature of the surface facing the imaging surface is infinite so that the chief ray is incident perpendicularly to the imaging surface, and the surface opposite to the imaging surface is provided with a third lens unit comprising two flat convex lenses formed convexly. It is characterized by.
또한, 제3렌즈유니트의 초점거리 f와 전체 광학계의 초점거리 f 사이의 관계식이 f1.3f 인 것이 바람직하며, 액정패널에서 출사된 광속의 폭을 조절하는 조리개가 상기 제1메니스커스렌즈의 전방에 설치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the relation between the focal length f of the third lens unit and the focal length f of the entire optical system is f1.3f, and the aperture controlling the width of the luminous flux emitted from the liquid crystal panel may be It is preferable to be installed in the front.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명에 따른 프로젝터용 투사광학계의 광학적 배치를 보인 구성도이다.2 is a block diagram showing an optical arrangement of a projection optical system for a projector according to the present invention.
도시한 바와 같이 투사광학계는 결상면(110)에서 먼쪽부터 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제1렌즈유니트(131)와, 이 제1렌즈유니트(131)에서 발생된 페쯔발 합(Petzval's sum)과 색수차를 보정하도록 된 음의 굴절력을 가지는 제2렌즈유니트(132)와, 주광선이 결상면(110)에 수직하게 입사하도록 유도하는 제3렌즈유니트(133)로 이루어져 있다.As shown, the projection optical system includes a first lens unit 131 having a positive refractive power as a whole from a distance from the imaging plane 110, and a Petzval's sum and chromatic aberration generated by the first lens unit 131. The second lens unit 132 having a negative refractive power to correct the and the third lens unit 133 for inducing the chief ray perpendicularly to the image forming surface 110.
제1렌즈유니트(131)는 곡률반경 R및 R를 가지는 평볼록렌즈인 제1메니스커스렌즈와, 곡률반경 R및 R를 가지는 제1오목렌즈와, 곡률반경 R및 R를 가지는 제2메니스커스렌즈 그리고 곡률반경 R및 R을 가지는 볼록렌즈가 상의 입사쪽부터 차례대로 조합되어 이루어진다. 이 제1렌즈유니트(131)는 광학계의 결상 성능을 담당한다.The first lens unit 131 includes a first meniscus lens, which is a flat convex lens having curvature radii R and R, a first concave lens having curvature radii R and R, and a second men's having curvature radii R and R. A varnish lens and a convex lens having curvature radii R and R are combined in order from the incident side of the image. This first lens unit 131 is responsible for the imaging performance of the optical system.
액정패널에서 제공되는 화상이 광학계로 입사될 때 그 폭을 조절하여 불필요한 광이 입사되는 것을 방지하고, 제1렌즈유니트(131)를 이루는 각 렌즈의크기를 작게하고자 렌즈쪽으로 입사하는 광을 조절하는 조리개(120)는 상기 제1메니스커스렌즈의 앞에 위치한다.When the image provided from the liquid crystal panel is incident to the optical system, the width of the image is adjusted to prevent unnecessary light from being incident, and the light incident to the lens is adjusted to reduce the size of each lens forming the first lens unit 131. The aperture 120 is positioned in front of the first meniscus lens.
상기 제2렌즈유니트(132)는 곡률반경 R및 R을 가지는 오목렌즈이다. 이 제2렌즈유니트(132)는 상기 제1렌즈유니트(131)에서 발생된 코마, 왜곡, 비점수차등의 수차와, 각 파장영역이 다름에 의해서 발생되는 색수차를 보정하는 역할을 한다. 특히, 비점수차면인 탄젠셜(tangential)면과 사지탈(sagittal)면에 의하여 결정되는 페쯔발의 합(Petzval's sum)을 보정한다.The second lens unit 132 is a concave lens having a radius of curvature R and R. The second lens unit 132 corrects aberrations such as coma, distortion, and astigmatism generated in the first lens unit 131 and chromatic aberration generated by different wavelength regions. In particular, the Petzval's sum determined by the tangent and sagittal planes, which are astigmatism planes, is corrected.
상기 제3렌즈유니트(133)는 결상면(110)에서 먼쪽부터 R에서 R의 곡률반경을 가지는 2매의 평볼록렌즈로 이루어져 있다. 이 제3렌즈유니트(133)는 상기 제1 및 제2렌즈유니트(132)를 통과한 주광선과, 최대상의 높이의 0.5배, 0.7배, 1.0배의 높이를 통과하는 광선이 상기 결상면(110)에 대하여 수직에 가깝게 입사하도록 상기 결상면(110)을 향한 면의 곡률반경 R와 R은 무한대인 볼록렌즈이다. 또한, 이 렌즈의 d-line 굴절률 n는 n1.55를 만족한다. 제3렌즈유니트(133)를 이루는 2매의 렌즈는 동일한 형상과 동일한 재질을 가지는 것이 바람직하다.The third lens unit 133 is composed of two flat convex lenses having a radius of curvature of R to R from a distance from the imaging surface 110. The third lens unit 133 includes a main light beam passing through the first and second lens units 132 and a light beam passing through a height of 0.5 times, 0.7 times, and 1.0 times the height of the maximum image. The radiuses of curvature R and R of the planes facing the imaging plane 110 to be inclined to be perpendicular to each other are approximately convex lenses of infinity. In addition, the d-line refractive index n of this lens satisfies n1.55. The two lenses constituting the third lens unit 133 preferably have the same shape and the same material.
표 2는 제2도와 같은 광학적 배치를 가지는 렌즈유니트들 각각의 곡률반경, 렌즈의 두께, 렌즈 사이의 간격, 굴절률 및 아베수를 나타낸 데이타 표이다.Table 2 is a data table showing the radius of curvature, the thickness of the lens, the distance between the lenses, the refractive index and the Abbe's number of each of the lens units having the optical arrangement as shown in FIG.
여기서, 아베수 ν는 파장 λ=4861Å과 λ=6563Å 사이의 분산을 나타낸다.Here, the Abbe's number ν represents the dispersion between the wavelengths λ = 4861 Hz and λ = 6563 Hz.
표 2에 나타낸 바와 같이 상기 제1 및 제2메니스커스렌즈와, 볼록렌즈는 구면수차, 페쯔발 합, 색수차를 억제하기 위하여 고굴절, 저아베수의 특성을 가지도록 유리소재를 그 재질로 채용하는 것이 바람직하고, 상기 오목렌즈와 상기 제2렌즈유니트(132)는 페쯔발 합의 보정과 색수차의 역보정을 위하여 저굴절, 고아베수의 특서을 가지도록 유리소재를 그 재질로 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제3렌즈유니트(133)는 구경이 크고, 저가격의 저굴절, 저아베수의 렌즈를 채용하였다. 여기서, 아베수는 굴절률에 따라 상대적인 값이다.As shown in Table 2, the first and second meniscus lenses and the convex lenses employ a glass material having high refractive and low Abbe numbers to suppress spherical aberration, Petzval, and chromatic aberration. Preferably, the concave lens and the second lens unit 132 employ a glass material having a low refractive index and a high Abbe number for the correction of the Petzval sum and the reverse correction of chromatic aberration. Do. In addition, the third lens unit 133 has a large aperture, and employs a lens having a low refractive index and a low Abbe number. Here, Abbe's number is a relative value according to refractive index.
이와 같이 이루어진 투사광학게는 상기 조리개(120)의 위치와, 상기 제3렌즈유니트(133)의 굴절력이 전체 굴절력을 결정하는 주요 요인이므로, 제1 및 제2렌즈유니트(131,132)의 외경을 작게하면서도 효과적으로 텔레센트릭성을 유지한다.In this case, since the position of the diaphragm 120 and the refractive power of the third lens unit 133 are the main factors for determining the total refractive power, the outer diameters of the first and second lens units 131 and 132 may be reduced. Yet effectively maintain telecentricity.
제3도의 (a)(b)는 본 발명에 따른 프로젝터용 투사광학계의 수차를 도시한 수차도이다.(A) and (b) of FIG. 3 are aberration diagrams showing aberrations of the projection optical system for projectors according to the present invention.
제3도의 (a)는 Y축방향의 수차를 나타내었고, (b)는 Z축방향의 수차를 나타낸 것으로, 각 그래프는 렌즈의 중심축과 일치하는 0인 결상면, 0.5결상면, 0.7결상면, 1.0결상면에서의 수차도를 나타내었다. 여기서, 기호 Y는 상의 높이이고, DT는 왜곡수차이고, SAG는 사지탈이고, TAN은 탄젠셜을 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 주광선 축 상에서는 넓이 P, ×0.5 최대상고에서는 P×0.5, ×0.7 최대상고에서는 P×0.7, ×1.0 최대상고에서는 P×1.0 부분을 통과한다. 이 결과는 렌즈의 수차발생량이 작은 부분만을 통과하는 것이되어 해상력이 매우 높은 결상성능을 갖게 하였다.(A) of FIG. 3 shows aberrations in the Y-axis direction, and (b) shows aberrations in the Z-axis direction. The aberration degree in the plane and 1.0 imaging plane is shown. Here, the symbol Y is the height of the image, DT is distortion aberration, SAG is sagittal, and TAN is tangential. As shown in the figure, the area passes through the area P, P0.5 at the maximum image height, P0.5 at the maximum image height, P0.7 at the maximum image height, and P1.0 at the maximum image height. This resulted in passing only a small portion of the lens aberration generation amount, resulting in a very high imaging performance.
따라서, 본 발명은 각 렌즈들 사이의 간격을 작게하면서, 이 렌즈들을 통과하는 광선은 수차가 적게 일어나는 렌즈의 부분이므로 스크린에 투영되는 화상의 해상력을 높일 수 있는 등 매우 유용하다.Therefore, the present invention is very useful because the light rays passing through the lenses are part of the lens with less aberration while reducing the distance between the lenses, so as to increase the resolution of the image projected on the screen.
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1995
- 1995-03-14 KR KR1019950005264A patent/KR0141164B1/en not_active IP Right Cessation
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