KR100814865B1

KR100814865B1 - 광각 투사 렌즈

Info

Publication number: KR100814865B1
Application number: KR1020010065803A
Authority: KR
Inventors: 김성태
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2008-03-18
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: KR20030033714A

Abstract

본 발명은 광각 투사 렌즈를 개시한다.

본 발명은 이미지기(imager) 평가용 1패널 프론트 프로젝터의 투사 렌즈로서, 물체측으로부터 순서대로 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 및 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군을 포함하고,

(f는 전체 렌즈계의 초점 거리, fb는 전체 렌즈계의 후초점 거리)를 포함한다.

이러한 본 발명에 따르면, 긴 후초점 거리와 넓은 화각을 확보하면서 수차 보정이 용이하고, LCD 등의 이미지기 특성을 용이하게 평가할 수 있는 광각 투사 렌즈를 제공할 수 있다.

투사렌즈, 프론트프로젝터, LCD평가

Description

광각 투사 렌즈{WIDE-ANGLE PROJECTION LENS}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈의 구조를 나타낸 도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈의 구면, 비점 및 왜곡 수차도이다.

본 발명은 투사 렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, LCD(liquid crystal device) 등의 이미지기(imager)를 평가하는 광각 투사 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 LCD 등의 이미지기를 평가하는데 있어서, LCD의 앞에 프론트 프로젝터(front projector)를 설치하고 LCD에서 디스플레이되는 영상을 프론트 프로젝터를 이용하여 스크린 상에 투사시켜 LCD의 성능을 평가한다.

이러한 프론트 프로젝터에서 LCD 상에 디스플레이되는 영상을 화면상에 투사시키는 투사 렌즈가 결상해야 할 화면의 크기가 점차로 커짐에 따라 요구되는 해상도도 갈수록 높아지고 있으며, 이에 따라 투사 렌즈는 대구경화 및 광각화 되어 가고 있다.

이외에도 화면에 투사되는 광의 효율을 향상시키기 위하여, 투사 렌즈의 후면부와 LCD 사이에 다양한 광학 부품의 삽입이 요구되기 때문에, 투사 렌즈의 후초점 거리를 보다 길게 하는 것이 요구되고 있으며, 이와 동시에 투사 렌즈 전체의 사이즈를 소형화하는 것도 요구되고 있다.

그러므로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 LCD 등의 이미지기를 평가하는 광학계로서 넓은 화각을 가지는 투사 렌즈를 제공하고자 하는데 있다.

특히, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 WXGA(wide Extended Graphics Array) 1패널(pannel) LCD를 평가하기 위한 투사 렌즈를 제공하고자 하는데 있다.

이러한 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 광각 투사 렌즈는, 이미지기(imager) 평가용 1패널 프론트 프로젝터의 투사 렌즈로서, 물체측으로부터 순서대로 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 및 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군을 포함하고,

(f는 전체 렌즈계의 초점 거리, fb는 전체 렌즈계의 후초점 거리)를 만족한다.

여기서, 제1 렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제4 렌즈 및 정의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함하며, 제2 렌즈군은 정의 굴절력을 가지는 제6 렌즈, 부의 굴절력을 가지는제7 렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제8 렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제9 렌즈, 및 정의 굴절력을 가지는 제10 렌즈를 포함한다.

이러한 특징을 가지는 본 발명에 따른 광각 투사 렌즈는, (수정 )

(Gndi(i=5∼9) 및 Gndj(j=1∼3) : 제 i 및 제 j 렌즈의 굴절률, Gvdi(i=5∼9) : 제 i 렌즈의 아베수)조건을 만족하며, 이외에도

(Ps는 제1 렌즈군의 제2 렌즈의 굴절률과 제3 렌즈의 굴절률 합과, 제2 렌즈군의 제8 렌즈와 제9 렌즈 및 제10 렌즈의 분산값의 합)의 조건을 만족한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1에 본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈는, 물체측(여기서 물체측은 LCD에서 표시되는 영상이 투사되는 스크린 방향을 나타낸다)으로부터 순서대로 위치되는 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군(Ⅰ), 및 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군(Ⅱ)으로 이루어진다. 제1 렌즈군(Ⅰ)과 제2 렌즈군(Ⅱ) 사이에 조리개(A)가 위치되어 있다.

제1 렌즈군(Ⅰ)은 부의 굴절력을 가지며 상측면이 오목한 매니스커스(meniscus) 렌즈인 제1 렌즈(1), 정의 굴절력을 가지면 양면이 볼록한 제2 렌즈(2), 부의 굴절력을 가지며 상측면이 오목한 메니스커스 렌즈인 제3 렌즈(3), 부의 굴절력을 가지며 양면이 오목한 제4 렌즈(4) 및 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록한 제5 렌즈(5)를 포함한다.

제2 렌즈군(Ⅱ)은 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록한 제6 렌즈(6), 부의 굴절력을 가지며 양면이 오목한 제7 렌즈(7), 정의 굴절력을 가지며 상측면이 볼록한 제8 렌즈(8), 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록한 제9 렌즈(9) 및 제10 렌즈(10)를 포함한다.

이외에도 광학 부품(11)을 더 포함하며, 여기서는 광학 부품(11)이 제2 렌즈군(Ⅱ)에 포함된 것으로 도시되었지만, 제2 렌즈군(Ⅱ)에 포함되지 않을 수도 있다. 본 실시예에서 광학 부품은 PBS이지만, 반드시에 이러한 것에 한정되지는 않는다.

한편, 광학 부품(11) 뒤에 위치된 상면은 LCD의 표시면을 나타내며, 낸다.

다음에는 이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 투사 렌즈에서, LCD에 디스플레이되는 영상은 각 렌즈군을 통하여 확대되어 제1 렌즈(1)의 물체측에 위치된 스크린에 투사된다.

여기서 사용되는 LCD의 유효 면적은 0.79"(19.8mm)로 본 발명의 실시예에서 투사시키는 면적은 40"를 기준으로 35", 50"에 투사 확대시킨다. 또한, LCD의 상태(표면, 디펙트(defect), 프린지(fringe))를 알 수 있도록 한다.

이외에도 본 발명의 실시에에서는 램프에서 나온 빛이 LCD를 통하여 투사 렌 즈로 입사되어 최종적으로 스크린에 도달되는 빛의 양에 대한 조도 측정이 가능하도록 한다.

따라서 측정된 조도를 토대로 광효율을 산출하여 LCD 와 투사 렌즈의 컨트라스트비(contrast ratio)와 밝기를 간접적으로 산출할 수 있으며, 산출된 컨트라스트비와 밝기를 토대로 하여 LCD의 표면, 디펙트, 프린지를 평가할 수 있다.

위에 기술된 바와 같이, LCD에서 디플레이되는 영상을 스크린에 확대하고 LCD의 표면, 디펙트, 프린지를 평가할 수 있도록, 본 발명의 실시예에 따른 투사 렌즈는 다음의 조건을 만족한다.

(조건식1)

(조건식2)

(부등호 숫자의 크기를 표시하기 위해 분모에 10을 곱했음)

(조건식3)

(첫번째 렌즈인 G1렌즈와 두번째 G2 렌즈의 굴절률 합을 분자로 표시)

여기서, f는 전체 광학계의 초점 거리, f1은 제1 렌즈군의 초점 거리, f2는 제2 렌즈군의 초점 거리, fb는 전체 광학계의 후초점 거리를 나타낸다.

또한, Gndi(i=5∼9) 및 Gndj(j=1∼3)는 제 i 렌즈 및 제 J 렌즈 굴절률을 나타내고, Gvdi(i=5∼9)는 제 i 렌즈 아베수를 나타내며, Ps는 제1 렌즈군(Ⅰ)의 제2 렌즈(2)의 굴절률과 제3 렌즈(3)의 굴절률 합과, 제2 렌즈군(Ⅱ)의 제8 렌즈(8)와 제9 렌즈 및 제10 렌즈(10)의 분산값의 합을 나타낸다.

이러한 다수의 조건들(조건식1∼조건식7)을 만족하는 본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈의 실시예값은 다음과 같다.

다음의 f는 초점 거리를 나타내며, ri(i=1∼23)는 굴절면의 곡률 반경, di(i=1∼23)는 렌즈의 두께 또는 렌즈간의 거리를 나타내며, nd.vd는 굴절률.분산치를 나타낸다. 길이를 나타내는 값의 단위는 mm이다.

본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈의 F 넘버(Fno)는 2.2이며, 초점 거리(f)는 11.31mm이며, 후초점 거리(fb)는 8.84mm이고, 화각(2ω)은 80°이며, 물체 거리는 545mm이고, 배율(RED)은 0.0194이다.

표 1에 본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 실시예값이 기재되어 있다.

면번호	곡률반경(r)		두께,거리(d)	굴절률(n)	아베수(vd)
1	130.7111		3.300	1.80518	25.5
2	48.4350		9.000
3	137.6650		10.330	1.80610	33.3
4	-177.9270		0.100
* 5	98482.9030		4.310	1.49176	57.5
* 6	29.8780		14.700
7	-49.8860		4.640	1.60311	60.7
8	27.3380		17.431
9	83.8580		9.030	1.80610	33.3
10	-58.7760		32.791
11	∞		12.109
12	56.3800		4.500	1.49700	81.6
13	-199.1270		1.230
14		-53.5330	2.800	1.80518	25.5
15		76.2830	1.300
* 16		159.8210	7.000	1.49176	81.6
* 17		-46.7190	0.100
18		126.6810	6.720	1.49700	81.6
19		-53.3220	0.100
20		114.6430	8.500	1.49700	81.6
21		-35.7460	0.000
22		∞	35.000	1.64769	33.8
23		∞	9.000

*는 비구면을 나타내며, 비구면 계수를 위한 식은 다음과 같다.

H = √(X²+ Y²)

K : 코닉(Conic) 상수

A: 비구면 4차 계수

B: 비구면 6차 계수

C: 비구면 8차 계수

D: 비구면 10차 계수

X : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리

Y : 광축에 수직 방향으로의 거리

이러한 수학식1에 따라 산출되는 본 발명의 실시예에 따른 비구면의 계수는 다음 표 2와 같다.

	제5면의 비구면 계수	제6면의 비구면 계수
K	-0.897657E+13	-0.858352
A	0.255393E-04	0.302567E-04
B	-0.484407E-07	0.659201E-08
C	0.396808E-10	-0.183743E-09
D	-0.132734E-13	0.129484E-12

	제16면의 비구면 계수	제17면의 비구면 계수
K	-143.216452	-1.233961
A	-0.436007E-05	0.318157E-05
B	-0.255499E-07	0.813313E-08
C	-0.840094E-10	-0.117937E-09
D	0.446884E-12	0.352741E-12

도 2에 이러한 실시예값으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 광각 투사 렌즈의 구면, 비점 및 왜곡 수차 특성이 도시되어 있다.

본 발명은 위에 기술된 실시예에 한정되지 않고 다음에 기술되는 청구 범위 내에서 다양한 변경 및 변화가 가능하다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따라, 긴 후초점 거리와 넓은 화각을 확보하면서 수차 보정이 용이한 LCD 평가용 광각 투사 렌즈를 제공할 수 있다.

특히, LCD 픽셀인 12㎛의 해상도인 421p/mm를 만족시켜 해당 영상이 스크린상에 투사되도록 한다(WXCA급 해상도로 투사됨).

또한, 스크린과의 거리가 짧아서 공간이 크지 않은 곳에서도 이미지기(LCD 등)의 특성을 용이하게 측정할 수 있도록 한다.

Claims

이미지기(imager) 평가용 1패널 프론트 프로젝터의 투사 렌즈로서,

물체측으로부터 순서대로

부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 및

정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군을 포함하고,

상기 제1 렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제4 렌즈 및 정의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함하며,

상기 제2 렌즈군은 정의 굴절력을 가지는 제6 렌즈, 부의 굴절력을 가지는제7 렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제8 렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제9 렌즈, 및 정의 굴절력을 가지는 제10 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광각 투사 렌즈.
제1항에 있어서

상기 광각 투사렌즈는 다음의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 투사 렌즈.

f는 전체 렌즈계의 초점 거리

fb는 전체 렌즈계의 후초점 거리
제1항에 있어서,

다음의 조건을 더 포함하여 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 투사 렌즈.

Gndi(i=5∼9) 및 Gndj(j=1∼3) : 제 i 렌즈 및 제 j 렌즈 굴절률

Gvdi(i=5∼9) : 제 i 렌즈 소재 분산성질을 나타내는 아베수
제1항에 있어서,

다음의 조건을 더 포함하여 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 투사 렌즈.

여기서,

Ps; {(제2 렌즈의 굴절률 + 제3 렌즈의 굴절률) + (제8 렌즈의 분산 값 + 제9 렌즈의 분산 값 + 제10 렌즈의 분산값)}

; 제1 렌즈의 굴절률 + 제2 렌즈의 굴절률