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KR20000065125A - LCD projection lens - Google Patents

LCD projection lens

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Publication number
KR20000065125A
KR20000065125A KR1019980708721A KR19980708721A KR20000065125A KR 20000065125 A KR20000065125 A KR 20000065125A KR 1019980708721 A KR1019980708721 A KR 1019980708721A KR 19980708721 A KR19980708721 A KR 19980708721A KR 20000065125 A KR20000065125 A KR 20000065125A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lens
projection lens
projection
positive
lens unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1019980708721A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
자콥 모스코비치
Original Assignee
존 디. 루돌프
유.에스. 프리시젼 렌즈 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 존 디. 루돌프, 유.에스. 프리시젼 렌즈 인코포레이티드 filed Critical 존 디. 루돌프
Priority claimed from PCT/US1997/007686 external-priority patent/WO1997041461A1/en
Publication of KR20000065125A publication Critical patent/KR20000065125A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

본 발명은 픽셀화된 패널(LCD)을 사용하기 위한 투사렌즈에 관한 것이다. 상기 렌즈는 그들사이에 개구 조리개를 갖는 두 개의 양의 렌즈 유니트(U1, U2)를 갖는다. 상기 유니트들 각각의 광파워는 f1 및 f2가 제 1 렌즈 유니트(U1) 및 제 2 렌즈 유니트(U2) 각각의 초점 길이이며 상기 제 1 렌즈 유니트(U1)는 시스템의 긴 공액면상에 놓이고, 제 2 렌즈 유니트(U2)는 짧은 공액면상에 놓일 때, f1이 실질적으로 f2보다 짧도록 선택된다. f1 대 f2의 비는 바람직하게 약 0.75미만이다.The present invention relates to a projection lens for using a pixelated panel (LCD). The lens has two positive lens units U1 and U2 with aperture stops between them. The optical power of each of the units f1 and f2 is the focal length of each of the first lens unit U1 and the second lens unit U2 and the first lens unit U1 lies on the long conjugated surface of the system, When the second lens unit U2 is placed on the short conjugated surface, it is selected such that f1 is substantially shorter than f2. The ratio of f1 to f2 is preferably less than about 0.75.

Description

LCD 투사 렌즈LC projection lens

발명의 분야Field of invention

본 발명은 투사렌즈(projection lens)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정디스플레이(liquid crystal display, LCD)와 같은 픽셀(pixel)로 구성된 대상물의 화상을 형성하기 위해 특히 사용될 수 있는 투사렌즈에 관한 것이다.The present invention relates to a projection lens, and more particularly to a projection lens that can be used in particular to form an image of an object consisting of pixels, such as a liquid crystal display (LCD). .

발명의 배경Background of the Invention

투사 렌즈 시스템(이후로 "투사 시스템"이라 칭함)은 화면(viewing screen)상에 대상물의 화상을 형성하는데 사용된다. 상기 시스템의 기본구조는 도 7에 도시되어 있고, 여기서 (10)은 광원(예를 들어, 텅스텐-할로겐 램프), (12)는 광원의 화상을 형성시키는 조명 소자(illumination optics)(이후로 조명 시스템의 "출력(output)이라 칭함"), (14)는 투사되어야 하는 대상물(예를 들어, LCD패널(panel)의 온 및 오프 픽셀(on and off pixel)의 매트릭스), 및 (13)은 화면(16)상에 대상물(14)의 확대 화상을 형성하는 다중 렌즈 부품으로 구성된 투사렌즈이다.A projection lens system (hereinafter referred to as "projection system") is used to form an image of an object on a viewing screen. The basic structure of the system is shown in FIG. 7, where (10) is a light source (e.g. tungsten-halogen lamp), and (12) illumination optics (hereafter illumination) to form an image of the light source. The "output" of the system, 14 denotes the object to be projected (e.g. a matrix of on and off pixels of the LCD panel), and 13 It is a projection lens composed of multiple lens parts for forming an enlarged image of the object 14 on the screen 16.

대상물이 LCD 또는 다른 픽셀화된 패널에 있는 투사렌즈 시스템은 데이터 디스플레이 시스템(data display system)을 포함하는 다양한 응용분야에서 사용된다. 상기 투사렌즈 시스템은 예를 들어 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 픽셀을 갖는 단일 패널, 또는 상기 색을 각각 하나씩 갖는 세 개의 개별 패널 중 어느 하나의 화상을 형성하는 단일 투사 렌즈를 바람직하게 사용한다. 설명을 용이하게 하기 위해, 본 명세서에는 단일 LCD 패널을 사용하는 투사 렌즈 시스템에 관하여 설명하지만, 본 발명은 또한 다중 패널 및/또는 다른 픽셀화 유형을 사용하는 시스템에도 또한 사용할 수 있음을 알 것이다.Projection lens systems whose objects are on LCDs or other pixelated panels are used in a variety of applications, including data display systems. The projection lens system is for example a single projection lens which forms an image of either a single panel with red, green or blue pixels, or three individual panels each with the color. Is preferably used. For ease of explanation, while the description herein refers to a projection lens system using a single LCD panel, it will be appreciated that the present invention may also be used in systems using multiple panels and / or other pixelation types.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 투사렌즈는 그들 사이에 개구 조리개(aperture stop)를 갖는 두 개의 양(positive)의 렌즈 유니트를 포함한다. 상기 각 유니트들의 광파워는 f1이 f2보다 실질적으로 더 짧도록 선택되는데, 여기서 f1 및 f2는 각각 제 1 렌즈 유니트 및 제 2 렌즈 유니트의 초점 길이이며, 상기 제 1 렌즈 유니트는 상기 시스템의 긴 공액면(conjugate side)상에 있으며, 제 2 렌즈 유니트는 짧은 공액면상에 있다. 특히, f1대 f2의 비는 약 0.75미만이다(표 7을 참고하여, 제 2 유니트가 필드 렌즈(field lens), 예를 들어 프레넬 필드 렌즈(Fresnel field lens)를 포함할 때, f2의 값은 필드 렌즈없이 계산됨을 알수 있다). 대조적으로, 표준 이중 가우스 형태(classical double gauss form)에 있어서, f1은 f2와 거의 동일하거나, 또는 f2보다 길다.The projection lens of the present invention comprises two positive lens units having an aperture stop between them. The optical power of each of the units is selected such that f1 is substantially shorter than f2, where f1 and f2 are the focal lengths of the first and second lens units, respectively, and the first lens unit is the long hole of the system. On the conjugate side, the second lens unit is on the short conjugated surface. In particular, the ratio of f1 to f2 is less than about 0.75 (see Table 7 when the second unit comprises a field lens, for example a Fresnel field lens, the value of f2). Is calculated without the field lens). In contrast, in the standard double gauss form, f1 is approximately equal to f2 or longer than f2.

본 발명의 투사렌즈는 광범위한 관측시야(field of view)를 망라할 수 있다. 그들은 상기 렌즈의 초점길이와 대략적으로 동일한 후면 초점 길이를 갖는다. 제 1 및 제 2 렌즈 유니트의 각각은 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는다.The projection lens of the present invention may cover a wide field of view. They have a rear focal length that is approximately equal to the focal length of the lens. Each of the first and second lens units has at least one aspherical surface.

상기 조리개(stop)의 긴 공액면상의 제 1 렌즈는 단일 양의 부품으로 이루어 질 수 있다. 그러나, 잔류 비점수차(residual astigmatism) 및 색수차의 더 나은 교정을 얻기 위해, 이 유니트는 색 교정 이중렌즈(color correcting doublet)일 수 있는 양의 소자가 근접하게 이어지는 주 음의 부품(leading negative element)을 포함할 수 있다. 표 1 내지 5에서 도시한 바와 같이, 주 음의 부품 및 상기 양의 소자 사이의 간격은 제 1 렌즈 유니트의 초점 길이의 최대 약 5%이다.The first lens on the long conjugated surface of the stop may consist of a single quantity of parts. However, in order to obtain better correction of residual astigmatism and chromatic aberration, this unit is a leading negative element in which a positive element, which can be a color correcting doublet, is in close proximity. It may include. As shown in Tables 1 to 5, the spacing between the main negative component and the positive element is at most about 5% of the focal length of the first lens unit.

개구 조리개 뒤의 제 2 렌즈 유니트는 색 교정 이중렌즈 및 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는 단일 양의 부품을 포함한다. 색수차 뿐만 아니라 코마(coma) 및 왜곡(distortion)을 포함하는 오프-축 수차(off-axis aberration)가 제 2 렌즈 유니트에서 현저하게 교정될 때, 구면 수차의 대부분의 교정은 제 1 렌즈 유니트에서 얻어진다.The second lens unit behind the aperture stop comprises a single quantity of parts having a color corrected bilens and at least one aspherical surface. When off-axis aberrations including coma and distortion as well as chromatic aberrations are remarkably corrected in the second lens unit, most of the correction of spherical aberration is obtained in the first lens unit. Lose.

도 1-6은 본 발명에 따라 제조된 투사 렌즈의 개략적인 측면도이고,1-6 are schematic side views of a projection lens made in accordance with the present invention,

도 7은 본 발명의 투사 렌즈가 사용될 수 있는 전체 투사 렌즈 시스템의 개략적인 다이아그램이다.7 is a schematic diagram of an overall projection lens system in which the projection lens of the present invention may be used.

명세서와 일치하며 그의 일부를 구성하는 전술한 도면은 설명과 함께 본 발명의 바람직한 구체예를 나타내며, 본 발명의 원리를 설명한다. 물론, 모든 도면 및 설명은 본 발명만을 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.The foregoing drawings, which are consistent with the specification and constitute a part thereof, together with the description, illustrate preferred embodiments of the invention and illustrate the principles of the invention. Of course, all drawings and descriptions illustrate the invention but are not limited thereto.

바람직한 구체예의 설명Description of Preferred Embodiments

도 1 내지 6은 본 발명에 따라 제조된 다양한 투사렌즈를 도시하고 있다. 대응 일반적 특성 및 광학 특성은 각각 표 1 내지 6에 나타내었다. 상기 설명된 렌즈 유니트 및 표 1-6의 렌즈의 다양한 부품 및 표면들 사이의 관계는 하기 표 7에 나타내었다.1 through 6 illustrate various projection lenses made in accordance with the present invention. The corresponding general and optical properties are shown in Tables 1 to 6, respectively. The relationship between the lens units described above and the various components and surfaces of the lenses of Tables 1-6 is shown in Table 7 below.

HOYA 또는 SCHOTT라는 명칭은 렌즈시스템에 사용된 유리에 사용되었다. 다른 제조자에 의해 제조된 비슷한 유리도 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 산업적으로 적용가능한 물질은 스틸렌 및 아크릴 부품으로 사용된다.The name HOYA or SCHOTT is used for the glass used in the lens system. Similar glasses made by other manufacturers can also be used to practice the present invention. Industrially applicable materials are used for styrene and acrylic parts.

하기 표에 설명된 비구면 계수(aspherical coefficient)는 하기 수학식 I에 사용된다.Aspherical coefficients described in the table below are used in Equation I below.

여기서, z는 상기 시스템의 광학축으로부터 거리 y에서의 표면 휨(sag)이고, c는 광학축에서 렌즈의 곡률(curvature)이며, k는 원추 상수(conic constant)이다.Where z is the surface sag at distance y from the optical axis of the system, c is the curvature of the lens at the optical axis, and k is the conic constant.

하기 표들에서 다양한 표면과 관련된 명칭 "a"는 비구면 표면, 즉 상기 수학식에서 D, E, F, G, H 또는 I중 적어도 하나는 0이 아닌 표면을 의미한다. 명칭 "c"는 상기 수학식에서 k값이 0이 아닌 원추면(conic surface)을 의미한다. 명칭 "f"는 프레넬 렌즈 표면(상기 프레넬 렌즈는 도 1 및 도 3에서 명칭"FL"로 명시되어 있다)을 나타낸다. 하기 표들에 주어진 모든 단위는 밀리미터이다. 하기 표들은 도면에서 빛이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동한다는 가정하에 기재되었다. 실질적으로, 화면은 왼쪽에 있고, LCD 패널은 오른쪽에 있으며, 빛은 오른쪽에서 왼쪽으로 움직인다.In the following tables the designation “a” associated with various surfaces means an aspheric surface, ie at least one of D, E, F, G, H or I in the above formula is non-zero surface. The name "c" means a conic surface whose k value is not zero in the above equation. The name "f" refers to a Fresnel lens surface (the Fresnel lens is designated by the name "FL" in FIGS. 1 and 3). All units given in the tables below are in millimeters. The following tables are described on the assumption that light moves from left to right in the figures. In effect, the screen is on the left, the LCD panel is on the right, and the light moves from right to left.

본 발명의 실시예가 기술되고 예시되었으나 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 전술한 것으로부터 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 다양하게 변형할 수 있을 것이다.Although embodiments of the present invention have been described and illustrated, those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications from the foregoing without departing from the scope of the present invention.

렌즈의 1차 특성Primary characteristics of the lens 파워Power f'f ' 1pp1pp 1'pp1'pp 0.77080E-020.77080E-02 129.74129.74 85.33285.332 -8.3775-8.3775 1차 데이터, 표면 1 내지 4Primary data, surface 1-4 KK PP1PP1 PP2PP2 f'f ' 0.825105E-020.825105E-02 11.867211.8672 -1.63760-1.63760 121.20121.20 1차 데이터, 표면 6 내지 11Primary data, surface 6-11 KK PP1PP1 PP2PP2 f'f ' 0.412919E-020.412919E-02 105.968105.968 138.422138.422 242.18242.18

이중렌즈의 일차 특성Primary characteristics of bilens 부품번호Part number 표면번호Surface number 파워Power f'f ' 1pp1pp 1'pp1'pp 3 43 4 6 86 8 -0.76835E-02-0.76835E-02 -130.15-130.15 -25.890-25.890 -48.110-48.110 렌즈의 1차 특성Primary characteristics of the lens 파워Power f'f ' 1pp1pp 1'pp1'pp 0.77162E-020.77162E-02 129.60129.60 83.93483.934 -9.1868-9.1868 1차 데이터, 표면 1 내지 4Primary data, surface 1-4 KK PP1PP1 PP2PP2 0.754400E-020.754400E-02 10.205710.2057 -3.41220-3.41220 1차 데이터, 표면 6 내지 10Primary data, surface 6 to 10 KK PP1PP1 PP2PP2 0.446394E-020.446394E-02 93.060693.0606 115.413115.413

렌즈의 1차 특성Primary characteristics of the lens 파워Power f'f ' 1pp1pp 1'pp1'pp 0.77900E-020.77900E-02 128.37128.37 71.38371.383 -7.9999-7.9999 1차 데이터, 표면 4 내지 9Primary data, surface 4 to 9 KK PP1PP1 PP2PP2 0.444232E-020.444232E-02 92.804092.8040 107.813107.813

유니트 1Unit 1 유니트 2Unit 2 실시예 번호Example number 표면 번호Surface number 표면 번호Surface number f1f1 f2f2 ff f1/f2f1 / f2 1One 1 내지 51 to 5 7 내지 127 to 12 199.16199.16 448.33*448.33 * 198.99*198.99 * 0.4440.444 22 1 내지 51 to 5 7 내지 127 to 12 204.00204.00 430.37430.37 199.00199.00 0.4740.474 33 1 내지 41 to 4 6 내지 116 to 11 115.38115.38 257.84*257.84 * 129.60*129.60 * 0.4470.447 44 1 내지 41 to 4 6 내지 116 to 11 121.20121.20 242.18242.18 129.74129.74 0.5000.500 55 1 내지 41 to 4 6 내지 106 to 10 132.56132.56 224.02224.02 129.60129.60 0.5920.592 66 1 내지 21 to 2 4 내지 94 to 9 135.95135.95 225.11225.11 128.37128.37 0.6040.604

*값은 상기 프레넬 렌즈가 기본적으로 조명 시스템의 렌즈의 입구 동공과 출구 동공이 연결되는 필드 렌즈이기 때문에, 프레넬 렌즈 없이 계산되었다. 상기와 같이, 상기 프레넬 렌즈는 상기 렌즈의 전체 초점 길이상에 최소 효과를 갖지만, f2의 값상에서 큰 효과를 갖고, 이러한 효과는 f2 유니트의 실제 기능을 나타내는 것은 아니다.The value * was calculated without the Fresnel lens because the Fresnel lens is basically a field lens where the inlet and outlet pupils of the lens of the illumination system are connected. As above, the Fresnel lens has a minimum effect on the overall focal length of the lens, but has a large effect on the value of f2, and this effect does not represent the actual function of the f2 unit.

Claims (13)

화상 말단에서 대상물 말단까지 순차적으로Sequentially from the end of the image to the end of the object a) 양의 광파워 및 초점 길이 f1을 갖는 제 1 렌즈 유니트;a) a first lens unit having a positive optical power and a focal length f1; b) 양의 광파워 및 실질적으로 f1보다 짧은 초점 길이 f2를 갖는 제 2 렌즈 유니트를 포함하며,b) a second lens unit having a positive optical power and a focal length f2 substantially shorter than f1, 상기 제 1 및 제 2 렌즈 유니트의 사이에 개구 조리개가 위치된 것을 특징으로 하는 대상물의 화상을 형성하기 위한 투사렌즈.An aperture stop is positioned between the first and second lens units. The projection lens for forming an image of an object. 제 1항에 있어서, 상기 f1 대 f2의 비가 0.75미만인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.The projection lens of claim 1, wherein the ratio of f1 to f2 is less than 0.75. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈가 상기 렌즈의 초점 길이와 거의 동일한 후면 초점 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.2. The projection lens of claim 1, wherein the lens has a rear focal length that is approximately equal to the focal length of the lens. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 렌즈 유니트 각각이 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.The projection lens of claim 1, wherein each of the first and second lens units has at least one aspherical surface. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 렌즈 유니트가 단일 양의 렌즈 부품으로 이루어진 것을 특징으로 하는 투사렌즈.A projection lens according to claim 1, wherein said first lens unit consists of a single amount of lens parts. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 렌즈 유니트가 화상 말단으로부터 순차적으로The method of claim 1, wherein the first lens unit is sequentially from the image end a) 음의 렌즈 부품; 및a) negative lens component; And b) 양의 렌즈 서브유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.b) a projection lens comprising a positive lens subunit. 제 6항에 있어서, 상기 양의 렌즈 서브유니트가 상기 음의 렌즈 부품에 근소하게 이격된 것을 특징으로 하는 투사렌즈.7. The projection lens of claim 6, wherein the positive lens subunit is slightly spaced apart from the negative lens component. 제 6항에 있어서, 상기 양의 렌즈 서브유니트가 색교정 이중렌즈인 것을 특징으로 하는 투사렌즈.7. A projection lens according to claim 6, wherein said positive lens subunit is a color corrected bilens. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 유니트가 색 교정 이중렌즈 및 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는 양의 렌즈 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.2. A projection lens according to claim 1, wherein said second lens unit comprises a color correcting bilens and a positive lens component having at least one aspherical surface. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 유니트가 색 교정 이중렌즈 및 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는 양의 렌즈 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.7. A projection lens according to claim 6, wherein said second lens unit comprises a color correcting bilens and a positive lens component having at least one aspherical surface. 제 7항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 유니트가 색 교정 이중렌즈 및 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는 양의 렌즈 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.8. A projection lens according to claim 7, wherein said second lens unit comprises a color correcting bilens and a positive lens component having at least one aspherical surface. 제 8항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 유니트가 색 교정 이중렌즈 및 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는 양의 렌즈 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.9. A projection lens according to claim 8, wherein said second lens unit comprises a color correcting bilens and a positive lens component having at least one aspherical surface. (a) 광원 및 상기 광원의 화상을 형성하는 조명 소자를 포함하는 조명 시스템;(a) an illumination system comprising a light source and an illumination element for forming an image of the light source; (b) 대상물을 포함하는 픽셀화된 패널; 및(b) a pixelated panel comprising the object; And (c) 제 1항의 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물의 화상을 형성하기 위한 투사렌즈 시스템.(c) A projection lens system for forming an image of an object, comprising the projection lens of claim 1.
KR1019980708721A 1996-04-29 1997-04-28 LCD projection lens Withdrawn KR20000065125A (en)

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