KR20010011949A - Projecting Optical System - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A projection optical system is provided to compensate a chromatic aberration and a spherical aberration by using a DOE(Diffraction Optical Element) lens, so as to implement a high resolution of a rear projection device, and to distribute a refractive index to the DOE lens to maintain a capacity of the projection optical system. CONSTITUTION: The first lens(110) has a positive refraction index. The second lens(120) has a negative refraction index. The third lens(130) has a positive refraction index. A diffraction optical element(DOE) lens(140) has a positive refraction index. The fifth lens(90) has a negative refraction index. The first and the second lens(110,120) composed of plastic materials have functions of compensating spherical aberrations. The third lens(130) composed of a glass material manages an entire refraction index of a projection optical system. A fourth lens(80) and the fifth lens(90) composed of plastic lenses have functions of compensating an astigmatism and a field curvature. The DOE lens(140) has a structure of forming a diffraction optical surface(140a). The DOE lens(140) compensates a color aberration.

Description

투사광학계{Projecting Optical System}Projecting Optical System

본 발명은 후면투사장치의 투사광학계에 관한 것으로, 특히 고해상도 및 고휘도를 구현하도록 구성된 투사광학계에 관한 것이다.The present invention relates to a projection optical system of a rear projection device, and more particularly to a projection optical system configured to implement high resolution and high brightness.

최근, 디스플레이 장치는 대화면화, 고화질화의 요구에 따라 소형의 영상을 투사렌즈를 이용하여 확대 투사하여 원하는 화상을 표시하는 투사형 장치가 급속히 확산되고 있는 추세이다. 이러한 투사장치는 광빔을 스크린의 전면에 투사하여 원하는 화상을 표시하는 전면투사(Front Projection) 장치와 광빔을 스크린의 후면에 투사하여 원하는 화상을 확대하여 표시하는 후면투사(Rear Projection) 장치로 대별된다. 이들 중 후면투사장치는 주위 환경이 밝은곳에서도 비교적 밝은 화상을 표시할수 있는 장점으로 인해 더욱 많이 확산되고 있다. 이러한 후면투사 방식을 이용한 투사형 표시 장치의 대표적인 예로서 프로젝션 텔레비젼(Projection Television : 이하 "프로젝션 TV"라 함)을 들 수 있다. 프로젝션 TV에서는 영상신호에 대응하는 화상을 구현하는 음극선관(Cathode-Ray Tube : 이하 "CRT"라 함)들 또는 액정표시패널(Liquid Crystal Display Panel : LCD)들이 주로 이용되고 있다. 내부에서 구현된 화상은 투사렌즈에 의해 확대 투사되어 스크린에 표시된다. 이하, 도 1a 및 도 1b를 결부하여 후면투사 방식을 이용한 프로젝션 TV의 전면 및 측면 내부 구조에 대하여 살펴보기로 한다.In recent years, in the display device, a projection type device for displaying a desired image by expanding and projecting a small image using a projection lens has been rapidly spreading in response to the demand for large screen and high image quality. Such projection apparatuses are roughly classified into front projection apparatuses which project light beams to the front of the screen to display a desired image, and rear projection apparatuses which project light beams to the rear of the screen to enlarge and display a desired image. . Among them, the rear projection is spreading more due to the advantage of displaying a relatively bright image even in a bright environment. A representative example of such a projection display device using the rear projection method may be a projection television (hereinafter referred to as a "projection TV"). In projection TVs, cathode ray tubes (CRTs) or liquid crystal display panels (LCDs) for realizing an image corresponding to an image signal are mainly used. The internally implemented image is enlarged and projected by the projection lens and displayed on the screen. Hereinafter, the front and side internal structures of the projection TV using the rear projection method will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 후면투사장치는 영상신호에 대응하는 화상을 표시하는 CRT(10)와, CRT(10)에 표시된 화상을 확대하여 투사하는 투사광학계(20)와, 투사광학계(20)에서 투사된 광빔을 스크린(40)쪽으로 반사하는 반사경(30)과, 상기 투사광학계(20)에 의해 확대된 광빔을 표시하는 스크린(40)을 구비한다. 도 1a에 도시된 바와같이 적색(R), 녹색(G), 청색(B)에 해당하는 3개의 CRT(10R,10G,10B)가 G CRT(10G)를 기준으로 좌우방향으로 컨버전스앵글(Convergence Angle)을 유지하도록 배치되어 있다. 각각의 CRT(10)에는 다수의 플라스틱 렌즈들, 유리 렌즈로 구성되어 화상을 확대하여 투사하는 투사광학계(20)가 각각 마련되어 있다. 도 2를 결부하여 종래의 투사광학계(20)에 대하여 살펴보기로 한다.Referring to FIGS. 1A and 1B, the rear projection displays a CRT 10 for displaying an image corresponding to an image signal, a projection optical system 20 for enlarging and projecting an image displayed on the CRT 10, and a projection optical system ( A reflector 30 reflecting the light beam projected by the light toward the screen 40, and a screen 40 for displaying the light beam enlarged by the projection optical system 20. As shown in FIG. 1A, three CRTs 10R, 10G, and 10B corresponding to red (R), green (G), and blue (B) converge on the G CRT (10G) from left to right. It is arranged to maintain the angle. Each CRT 10 is provided with a projection optical system 20 composed of a plurality of plastic lenses and glass lenses to enlarge and project an image. 2, the conventional projection optical system 20 will be described.

도 2를 참조하면, 종래의 투사광학계(20)는 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(50)와, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(60)와, 더블렛으로 구성된 제3 렌즈(70)와, 양의 굴절력을 갖는 제4 렌즈(80)와, 음의 굴절력을 갖는 제5 렌즈(90)를 구비한다. 제1 및 제2 렌즈(50,60)는 플라스틱 재질로 구성되어 구면수차를 보정하는 기능을 수행한다. 또한 제4 및 제5 렌즈(80,90)는 플라스틱 재질로 구성되어 비점수차를 보정하는 기능을 수행하게 된다. 한편, 제3 렌즈 글래스 재질의 더블렛(Doublet)으로 구성되어 색수차를 보정하게 된다. 이때, 더블렛은 양의 굴절력을 갖는 렌즈와 음의 굴절력을 갖는 렌즈를 조합함에 의해 색수차를 보정할수 있으나 비용이 상승하게 된다. 상기와 같이 투사광학계(20)는 3 - 5매의 렌즈들로 구성되어 NTSC(National Television System Committee)급에 적용되고 있다. 이때, 투사광학계를 3매로 구성할 경우 렌즈 매수를 줄일수 있어 비용 저감이 가능하나 광학적 성능이 저하되게 된다. 이에따라, 투사광학계는 통상적으로 4 - 5매의 렌즈로 구성하게 된다.Referring to FIG. 2, the conventional projection optical system 20 includes a first lens 50 having a positive refractive power, a second lens 60 having a negative refractive power, and a third lens 70 including a doublet. And a fourth lens 80 having a positive refractive power and a fifth lens 90 having a negative refractive power. The first and second lenses 50 and 60 are made of a plastic material to correct spherical aberration. In addition, the fourth and fifth lenses 80 and 90 may be made of a plastic material to perform a function of correcting astigmatism. On the other hand, it is composed of a double lens (Doublet) of the third lens glass material to correct the chromatic aberration. In this case, the doublet can correct chromatic aberration by combining a lens having a positive refractive power and a lens having a negative refractive power, but the cost increases. As described above, the projection optical system 20 is composed of three to five lenses and is applied to the National Television System Committee (NTSC) class. In this case, when the projection optical system is composed of three pieces, the number of lenses can be reduced, so that the cost can be reduced, but the optical performance is deteriorated. Accordingly, the projection optical system usually consists of 4-5 lenses.

한편, 도 2에 도시된 투사광학계의 구성은 NTSC급에 적용이 가능하나 디스플레이가 고해상도화 되는 추세에 따라 후면투사장치도 이에 대응하기 위해 HD(High Definition)급을 요구하게 되었다. 이 경우, 기존의 NTSC급의 투사광학계를 그대로 HD급에 적용하여 사용할 경우, 투사광학계의 수차, 왜곡등에 의해 CRT상의 주사선을 분해하는 능력이 저하되어 스크린에 표시되는 화상의 화질이 전체적으로 저하되게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 투사광학계의 렌즈매수를 증가시켜야 하나 이는 후면투사장치의 비용상승 및 박형화에 어려움이 있다. 이로인해, 렌즈의 매수를 줄이면서 고해상도 및 고휘도 구현이 가능한 새로운 투사광학계가 요구되고 있는 실정이다.On the other hand, the configuration of the projection optical system shown in Figure 2 can be applied to NTSC class, but according to the trend that the display is high resolution, the rear projection apparatus also requires HD (High Definition) class to cope with this. In this case, if the existing NTSC-class projection optical system is applied to the HD level as it is, the ability to decompose the scanning line on the CRT is degraded due to aberration, distortion, etc. of the projection optical system, and the image quality of the image displayed on the screen is reduced overall. . In order to solve this problem, the number of lenses of the projection optical system should be increased, which is difficult to increase the cost and thickness of the rear projection apparatus. As a result, a new projection optical system capable of realizing high resolution and high brightness while reducing the number of lenses is required.

따라서, 본 발명의 목적은 고해상도 및 고휘도를 구현하도록 구성된 투사광학계를 제공 하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a projection optical system configured to realize high resolution and high brightness.

도 1a 및 도 1b는 후면투사장치를 개략적으로 도시한 도면.1A and 1B schematically illustrate a rear projection.

도 2는 종래 투사광학계의 구성의 도시한 도면.2 is a diagram showing the configuration of a conventional projection optical system.

도 3은 본 발명의 투사광학계를 도시한 도면.3 shows a projection optical system of the present invention.

도 4는 도 3의 회절광학소자의 파장에 대한 회절특성을 설명하기 위해 도시한 도면.FIG. 4 is a diagram illustrating diffraction characteristics with respect to the wavelength of the diffraction optical element of FIG. 3. FIG.

도 5는 도 3의 회절광학렌즈의 회절광학면의 위상량 커브를 도시한 도면.5 is a diagram showing a phase amount curve of a diffraction optical surface of the diffraction optical lens of FIG. 3;

도 6은 본 발명의 투사광학계의 필드별 MTF 특성을 도시한 특성도.6 is a characteristic diagram showing field-specific MTF characteristics of the projection optical system of the present invention.

도 7은 본 발명의 투사광학계의 MTF 특성을 도시한 특성도.7 is a characteristic diagram showing MTF characteristics of the projection optical system of the present invention.

도 8은 본 발명의 투사광학계의 색수차 특성을 도시한 특성도.8 is a characteristic diagram showing chromatic aberration characteristics of the projection optical system of the present invention.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

10 : 음극선관 20 : 투사광학계10: cathode ray tube 20: projection optical system

30 : 반사경 40 : 스크린30: reflector 40: screen

50,110 : 제1 렌즈 60,120 : 제2 렌즈50,110: first lens 60,120: second lens

70,130 : 제3 렌즈 80,150 : 제4 렌즈70,130: third lens 80,150: fourth lens

90 : 제5 렌즈 140a : 회절광학면90: fifth lens 140a: diffractive optical surface

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 투사광학계는 굴절렌즈의 적어도 한면에 형성된 회절광학소자를 구비한다.In order to achieve the above object, the projection optical system of the present invention includes a diffractive optical element formed on at least one surface of the refractive lens.

상기 목적외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention other than the above object will become apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 하기로 한다.With reference to Figures 3 to 8 will be described a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 투사광학계는 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(110)와, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(120)와, 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈(130)와, 양의 굴절력을 갖는 회절광학소자(Diffraction Optical Element; 이하 "DOE"라 한다) 렌즈(140)와, 음의 굴절력을 갖는 제5 렌즈(90)를 구비한다. 제1 및 제2 렌즈(110)는 플라스틱 재질로 구성되어 구면수차를 보정하는 기능을 가지게 된다. 제3 렌즈(130)는 글래스 재질로 구성되어 투사광학계의 전체 굴절력의 대부분을 담당하게 된다. 제4 렌즈(80) 및 제5 렌즈(90)는 플라스틱 렌즈로 구성되어 비점수차(Astigmatism) 및 상면만곡(Field Curvature)을 보정하는 기능을 가지게 된다.Referring to FIG. 3, the projection optical system according to the present invention includes a first lens 110 having a positive refractive power, a second lens 120 having a negative refractive power, and a third lens 130 having a positive refractive power. And a diffraction optical element ("DOE") lens 140 having a positive refractive power, and a fifth lens 90 having a negative refractive power. The first and second lenses 110 are made of plastic and have a function of correcting spherical aberration. The third lens 130 is made of a glass material to cover most of the total refractive power of the projection optical system. The fourth lens 80 and the fifth lens 90 are made of plastic lenses and have a function of correcting astigmatism and field curvature.

한편, 회절광학렌즈(140)는 양의 굴절력을 갖는 렌즈에 회절광학면(140a)이 형성된 구조를 가지게 된다. 이때, DOE렌즈(140)는 색수차를 보정하게 된다. 이에 대하여 도 4를 결부하여 설명하기로 한다. 도 4의 (a)와 같이 굴절렌즈를 경유한 색신호를 갖는 광빔은 B의 초점거리(f)가 R의 초점거리보다 짧게 형성되게 된다. 반면에, 도 4의 (b)와 같이 DOE면(140a)을 경유한 색신호를 갖는 광빔은 R의 초점거리가 B의 초점거리 보다 짧게 형성됨을 알 수 있다. 즉, 굴절렌즈와 회절렌즈의 색신호 분산특성이 서로 반대가 된다. 이에따라, 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 렌즈의 표면에 회절특성을 갖는 DOE면이 형성된 DOE렌즈(140)를 사용하여 색수차를 보정하게 된다. 이때, 각 필드에서의 보정된 색수차 특성도가 도 8의 (a) 내지 (e)에 도시되어 있다.On the other hand, the diffraction optical lens 140 has a structure in which the diffraction optical surface 140a is formed on a lens having positive refractive power. In this case, the DOE lens 140 corrects chromatic aberration. This will be described with reference to FIG. 4. As shown in FIG. 4A, the light beam having the color signal via the refractive lens has a focal length f of B shorter than a focal length of R. On the other hand, as shown in FIG. 4B, the light beam having the color signal via the DOE surface 140a can be seen that the focal length of R is shorter than the focal length of B. That is, the color signal dispersion characteristics of the refractive lens and the diffractive lens are opposite to each other. Accordingly, chromatic aberration is corrected using the DOE lens 140 having a DOE surface having diffraction characteristics formed on a surface of the plastic lens having positive refractive power. At this time, the corrected chromatic aberration characteristics in each field are shown in Figs. 8A to 8E.

한편, DOE에서는 물체광(Object Source)과 참조광(Reference Source)의 간섭에 의해 회절(Diffraction)이 일어나게 되며, 회절이 일어나는 경우의 DOE의 비구면 위상은 수학식 1에 나타나 있다.On the other hand, in the DOE, diffraction occurs due to the interference between the object source and the reference source, and the aspherical phase of the DOE when the diffraction occurs is shown in Equation (1).

여기에서 φ(r)는 높이 r에서의 위상을 의미한다. c1 내지 c4는 비구면 효과를 갖는 위상항의 계수를 의미한다. 이때의, DOE면의 위상량에 대한 특성도가 도 5에 도시되어 있다. 상기 위상량 특성 그래프는 회절광학면의 윤대수와 관련되어 있으며, 회절효율 및 렌즈의 가공성이 고려된 광학성능 향상을 위해서 회절 렌즈계가 담당하는 위상량의 설정을 통한 렌즈계의 최적설계가 바람직하다. 또한, 수학식 1을 참조하면, DOE면의 위상이 2π간격으로 변화됨을 알 수 있다. 즉, DOE 렌즈(140)에 비구면과 회절광학 소자면의 특성이 적절히 조합되도록 형성시켜 색수차, 구면수차 및 왜곡수차를 보정하게 된다. 이때, DOE면에는 다수개의 동심원 형태의 홈부가 회전대칭성을 갖도록 형성되어 있다. 또한, DOE의 중심에서 주변으로 갈수록 DOE 홈부의 피치가 작아지게 된다. 또한, DOE렌즈(140)는 색수차보정을 위해 별도의 음의 굴절력을 갖고 분산이 큰 고가의 재질의 렌즈를 사용하지 않아도 되므로 비용이 저감된다.Here φ (r) means the phase at height r. c1 to c4 mean coefficients of phase terms having an aspherical effect. The characteristic diagram with respect to the phase amount of a DOE surface at this time is shown in FIG. The phase quantity characteristic graph is related to the number of revolutions of the diffractive optical surface, and the optimum design of the lens system by setting the phase amount in charge of the diffractive lens system is preferable to improve the optical performance considering the diffraction efficiency and the processability of the lens. In addition, referring to Equation 1, it can be seen that the phase of the DOE surface is changed at intervals of 2π. That is, the DOE lens 140 is formed to properly combine the characteristics of the aspherical surface and the diffractive optical element surface, thereby correcting chromatic aberration, spherical aberration, and distortion aberration. At this time, a plurality of concentric grooves are formed on the DOE surface to have rotational symmetry. In addition, the pitch of the DOE groove becomes smaller from the center of the DOE toward the periphery. In addition, since the DOE lens 140 does not have to use a lens of an expensive material having a separate negative refractive power and high dispersion for chromatic aberration correction, cost is reduced.

한편, 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈(130)는 투사광학계 전체 굴절력의 대부분을 담당하게 된다. 이때, 투사광학계의 초점거리가 짧을수록 후면투사장치는 박형화 되게 된다. 이를 위해서 제3 렌즈는 큰 굴절력을 가지는 것이 바람직하나 굴절력이 클 경우에는 구면수차가 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기위해 DOE렌즈(140)에 제3 렌즈(130)의 굴절력을 배분시켜 투사광학계의 굴절력을 높여 전체적인 초점거리를 줄이게 된다. 이로인해, 후면투사장치의 박형화가 가능해진다. 또한, 설계자의 의도에 따라 구면수차를 보정하도록 DOE면(140a)의 피치 간격을 조절할수도 있을 것이다. 상기와 같이 본 발명의 투사광학계는 DOE렌즈(140)에 의해 색수차를 보정함과 아울러, 후면투사장치를 박형화 할수 있다.On the other hand, the third lens 130 having a positive refractive power is responsible for most of the total refractive power of the projection optical system. At this time, the shorter the focal length of the projection optical system becomes thinner the rear projection. To this end, the third lens preferably has a large refractive power, but when the refractive power is large, spherical aberration occurs. In order to solve this problem, the refractive power of the third lens 130 is distributed to the DOE lens 140 to increase the refractive power of the projection optical system, thereby reducing the overall focal length. This makes it possible to thin the rear projection apparatus. In addition, the pitch interval of the DOE surface 140a may be adjusted to correct spherical aberration according to the designer's intention. As described above, the projection optical system of the present invention can correct the chromatic aberration by the DOE lens 140 and reduce the rear projection value.

한편, 본 발명에 따른 투사광학계는 해상도가 향상되게 된다. 이를위해 도 6 및 도 7을 결부하여 이에 대하여 살펴보기로 한다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 투사광학계에서 렌즈의 높이에 따른 MTF(Modulation Transfer Function) 특성이 도시되어 있다. 이때, 1'은 공간주파수가 3LP/㎜일 경우의 탄젠셜(Tangential) 방향의 MTF 특성도 이고 3'은 공간주파수가 3LP/㎜일 경우의 사지탈(sagittal) 방향의 MTF 특성도 이다. 한편, 도 7을 참조하면, 본 발명의 투사광학계의 MTF 특성이 도시되어 있다. 이때, T는 탄젠셜 방향을 의미하고 S는 사지탈 방향을 의미한다. 또한, 0.0, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 은 투사광학계의 필드를 의미한다. 도 7에 도시된 바와같이 투사광학계 MTF특성도에서 종래의 NTSC급의 후면투사장치 에서는 공간주파수가 3LP/㎜에서 50%의 MTF특성을 가졌으나, 본 발명의 투사광학계는 3LP/㎜에서 50 내지 75% 범위의 MTF특성을 가지게 된다. 이는 종래의 NTSC급 후면투사장치의 해상도에 비해 월등히 향상된 해상도를 가지게 됨을 알 수 있다. 상기와 같이 본 발명의 투사광학계는 HD급에 적용이 가능하다.On the other hand, the projection optical system according to the present invention is to improve the resolution. This will be described with reference to FIGS. 6 and 7. Referring to FIG. 6, the MTF (Modulation Transfer Function) characteristic according to the height of the lens in the projection optical system of the present invention is illustrated. In this case, 1 'is an MTF characteristic diagram in the tangential direction when the spatial frequency is 3LP / mm and 3' is an MTF characteristic diagram in the sagittal direction when the spatial frequency is 3LP / mm. Meanwhile, referring to FIG. 7, the MTF characteristic of the projection optical system of the present invention is shown. In this case, T means a tangential direction and S means a sagittal direction. In addition, 0.0, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 mean the field of a projection optical system. As shown in FIG. 7, in the conventional NTSC-class rear projection apparatus in the projection optical system MTF characteristic diagram, the spatial frequency has an MTF characteristic of 50% at 3LP / mm, but the projection optical system of the present invention has a 50 to 3LP / mm range. MTF characteristics in the 75% range. It can be seen that the resolution is significantly improved compared to the resolution of the conventional NTSC rear projection apparatus. As described above, the projection optical system of the present invention is applicable to HD class.

또한, DOE렌즈(140)에 의해 렌즈의 밝기가 향상되게 된다. 이는 DOE렌즈(140)를 사용하여 초점거리를 줄일 경우 렌즈의 밝기되는 것에 기인한다. 이때, 초점거리(f)와 렌즈의 밝기(f#)는 수학식 2와 같은 관계를 가지게 된다.In addition, the brightness of the lens is improved by the DOE lens 140. This is due to the brightness of the lens when the focal length is reduced by using the DOE lens 140. In this case, the focal length f and the brightness f # of the lens have a relationship as in Equation 2.

여기에서, D는 렌즈의 구경을 의미한다. 수학식 2에 나타난 바와같이 렌즈의 밝기(F/#)는 렌즈의 구경(D)에 반비례하고, 초점거리(f)에는 비례 하는 관계를 가지게 된다. 즉, 투사광학계의 전체적인 초점거리가 작아질 경우, F/#이 작아지게 된다. 이에따라, 본 발명의 투사광학계는 고휘도를 구현하게 된다.Here, D means the aperture of the lens. As shown in Equation 2, the brightness F / # of the lens is inversely proportional to the aperture D of the lens and is proportional to the focal length f. In other words, when the overall focal length of the projection optical system becomes smaller, F / # becomes smaller. Accordingly, the projection optical system of the present invention realizes high brightness.

상술한 바와같이 본 발명의 투사광학계는 DOE렌즈(140)를 채용하여 색수차 및 구면수차등을 보정하여 CRT의 주사선을 고해상도로 확대하여 투사할수 있다. 즉, 고해상도에 적합한 구성을 가지게 된다. 또한, 본 발명의 투사광학계는 전체적인 초점거리를 줄여 후면투사장치의 박형화 및 고휘도를 구현하게 된다. 또한, 본 발명의 투사광학계는 렌즈 매수의 증가없이 고해상도에 적용이 가능하므로 제조비용을 저감시키게 된다.As described above, the projection optical system of the present invention employs the DOE lens 140 to correct chromatic aberration, spherical aberration, and the like, thereby magnifying and projecting the scanning line of the CRT at high resolution. That is, it has a configuration suitable for high resolution. In addition, the projection optical system of the present invention reduces the overall focal length to realize a thinner and higher luminance of the rear projection device. In addition, the projection optical system of the present invention can be applied to high resolution without increasing the number of lenses, thereby reducing the manufacturing cost.

이하, 본 발명과 같은 구성을 갖는 투사광학계를 이용하여 구현된 적용례들에 대하여 살펴보기로 한다. 제1 적용례의 투사광학계를 구성하기 위한 각 렌즈의 곡률반경, 거리, 굴절율, 초점거리 및 굴절력이 표 1에 나타나 있다.Hereinafter, application examples implemented using the projection optical system having the same configuration as the present invention will be described. The curvature radius, distance, refractive index, focal length and refractive power of each lens for constructing the projection optical system of the first application example are shown in Table 1.

투사광학계의 곡률반경, 거리 굴절율, 초점거리, 굴절률Radius of curvature, distance refractive index, focal length, refractive index of projection optical system SiSi rr dd nn fifi ???? S1S1 111.000111.000 8.6008.600 1.4940001.494000 f1=351.9f1 = 351.9 f0/f1=0.225f0 / f1 = 0.225 S2S2 299.109299.109 14.40014.400 S3S3 -140.000-140.000 8.2008.200 1.4940001.494000 f2=-3651.3f2 = -3651.3 f0/f2=-0.0210f0 / f2 = -0.0210 S4S4 -155.321-155.321 3.6003.600 S5S5 74.50074.500 25.00025.000 1.4920001.492000 f3=97.2f3 = 97.2 f0/f3=0.813f0 / f3 = 0.813 S6S6 -220.500-220.500 9.8639.863 S7S7 -415.000-415.000 7.0007.000 1.4940001.494000 f4=287.5f4 = 287.5 f0/f4=0.275f0 / f4 = 0.275 S8S8 -115.876-115.876 33.00033.000 S9S9 -50.782-50.782 3.5003.500 1.4300001.430000 f5=-155.4f5 = -155.4 f0/f5=-0.508f0 / f5 = -0.508 S10S10 -45.000-45.000 9.0009.000

한편, 본 발명의 투사광학계의 구성에 있어서 제1, 2, 4, 5 렌즈(110,120,140,150)는 비구면으로 형성되어 있다. 비구면 렌즈들은 수학식 3에 나타난 비구면식에 의해 정의된다.On the other hand, in the configuration of the projection optical system of the present invention, the first, second, fourth, and fifth lenses 110, 120, 140, and 150 are formed as aspherical surfaces. Aspherical lenses are defined by the aspherical formula shown in equation (3).

여기에서 X는 광축상으로 부터 높이 r에서의 비구면에 대한 세그(Sag)값, C는 광축으로 부터의 렌즈면의 곡률이며 K는 코닉(Conic)상수, a1 내지 a5는 비구면 계수를 의미한다. 또한, 투사광학계의 각 렌즈면에 대한 비구면 및 DOE면의 계수가 표 2에 나타나 있다.X is the Seg (Sag) value for the aspherical surface at height r from the optical axis, C is the curvature of the lens surface from the optical axis, K is the Conic constant, a1 to a5 is the aspherical coefficient. In addition, the coefficients of the aspherical surface and the DOE surface for each lens surface of the projection optical system are shown in Table 2.

각 렌즈면에 대한 비구면 및 DOE면의 계수Aspheric and DOE coefficients for each lens surface SiSi KK A(a1)A (a1) B(a2)B (a2) C(a3)C (a3) D(a4)D (a4) E(a5)E (a5) S1S1 -17.15900-17.15900 1.162E-071.162E-07 -1.313E-09-1.313E-09 -4.585E-13-4.585E-13 4.961E-164.961E-16 -1.025E-19-1.025E-19 S2S2 0.0000000.000000 6.029E-076.029E-07 -7.796E-10-7.796E-10 -5.599E-13-5.599E-13 4.406E-164.406E-16 -8.283E-20-8.283E-20 S3S3 -10.000000-10.000000 1.717E-061.717E-06 -2.944E-10-2.944E-10 -1.286E-12-1.286E-12 4.009E-164.009E-16 0.000E+000.000E + 00 S4S4 -1.727000-1.727000 1.612E-061.612E-06 -3.750E-10-3.750E-10 -1.096E-12-1.096E-12 5.164E-165.164E-16 -5.476E-20-5.476E-20 S7S7 101.81000101.81000 5.163E-075.163E-07 3.253E-103.253E-10 -1.839E-14-1.839E-14 4.097E-164.097E-16 0.000E+000.000E + 00 S7(DOE계수)S7 (DOE coefficient) 0.0000000.000000 -2.546E-04-2.546E-04 0.0000000.000000 0.0000000.000000 0.0000000.000000 0.000E+000.000E + 00 S8S8 -41.46900-41.46900 2.136E-062.136E-06 3.747E-093.747E-09 -3.142E-12-3.142E-12 1.889E-151.889E-15 -2.799E-19-2.799E-19 S9S9 -0.77700-0.77700 5.140E-065.140E-06 2.687E-092.687E-09 -3.730E-12-3.730E-12 2.504E-152.504E-15 -7.896E-19-7.896E-19 S10S10 0.0000000.000000 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00

비구면 렌즈를 형성하기 위해 곡률반경이 82.962를 갖는 S1 비구면을 형성하기 위해서는 곡률반경이 동일한 구면렌즈상의 설정된위치(즉, A 내지 E 위치)를 표 6에서 제시된 자료에 맞도록 가공하여 비구면 렌즈를 형성하게 된다. 이와 동일한 방법으로 S10 비구면 까지 수행하여 제1 적용례에 해당하는 비구면렌즈를 형성하게 된다.To form an S1 aspherical surface having a radius of curvature of 82.962 to form an aspherical lens, a predetermined position (i.e., positions A to E) on a spherical lens having the same radius of curvature is processed to meet the data shown in Table 6 to form an aspherical lens. Done. In the same manner as described above to S10 aspherical surface to form an aspherical lens corresponding to the first application example.

한편, 제2 적용례에 따른 투사광학계를 구성하기 위한 각 렌즈의 곡률반경, 거리, 굴절율, 초점거리 및 굴절력이 표 3에 나타나 있다.Meanwhile, the curvature radius, distance, refractive index, focal length, and refractive power of each lens for constructing the projection optical system according to the second application example are shown in Table 3.

투사광학계의 곡률반경, 거리 굴절율, 초점거리, 굴절률Radius of curvature, distance refractive index, focal length, refractive index of projection optical system SiSi rr dd nn fifi ???? S1S1 101.635101.635 8.6008.600 1.4940001.494000 f1=426.9f1 = 426.9 f0/f1=0.185f0 / f1 = 0.185 S2S2 190.658190.658 15.40015.400 S3S3 280.338280.338 8.2008.200 1.4940001.494000 f2=1518.2f2 = 1518.2 f0/f2=0.052f0 / f2 = 0.052 S4S4 443.295443.295 3.6003.600 S5S5 78.28078.280 25.00025.000 1.4920001.492000 f3=97.7f3 = 97.7 f0/f3=0.808f0 / f3 = 0.808 S6S6 -194.639-194.639 7.0007.000 S7S7 -712.755-712.755 7.0007.000 1.4940001.494000 f4=304.4f4 = 304.4 f0/f4=0.259f0 / f4 = 0.259 S8S8 -137.901-137.901 33.56233.562 S9S9 -48.084-48.084 3.5003.500 1.4300001.430000 f5=-143.6f5 = -143.6 f0/f5=-0.550f0 / f5 = -0.550 S10S10 -45.000-45.000 9.0009.000

또한, 투사광학계의 각 렌즈면에 대한 비구면 및 DOE면의 계수가 표 4에 나타나 있다.In addition, the coefficients of the aspherical surface and the DOE surface for each lens surface of the projection optical system are shown in Table 4.

각 렌즈면에 대한 비구면 및 DOE면의 계수Aspheric and DOE coefficients for each lens surface SiSi KK A(a1)A (a1) B(a2)B (a2) C(a3)C (a3) D(a4)D (a4) E(a5)E (a5) S1S1 -10.000000-10.000000 2.963E-072.963E-07 -1.925E-09-1.925E-09 1.485E-141.485E-14 3.251E-163.251E-16 -6.104E-20-6.104E-20 S2S2 0.0000000.000000 5.029E-75.029E-7 -2.422E-09-2.422E-09 6.559E-136.559E-13 4.874E-174.874E-17 -1.649E-20-1.649E-20 S3S3 -10.000000-10.000000 1.717E-061.717E-06 -2.944E-10-2.944E-10 -1.288E-12-1.288E-12 4.009E-164.009E-16 0.000E+000.000E + 00 S4S4 0.0000000.000000 9.716E-079.716E-07 1.142E-101.142E-10 -1.612E-12-1.612E-12 6.936E-166.936E-16 -7.465E-20-7.465E-20 S7S7 24.6580024.65800 2.926E-072.926E-07 -3.045E-11-3.045E-11 5.413E-145.413E-14 2.714E-162.714E-16 0.000E+000.000E + 00 S7(DOE계수)S7 (DOE coefficient) 0.0000000.000000 -2.000E-04-2.000E-04 0.0000000.000000 0.0000000.000000 0.0000000.000000 0.0000000.000000 S8S8 -45.04800-45.04800 1.117E-061.117E-06 1.429E-091.429E-09 -6.531E-13-6.531E-13 4.908E-164.908E-16 -1.380E-20-1.380E-20 S9S9 0.0000000.000000 5.236E-065.236E-06 3.978E-093.978E-09 -4.788E-12-4.788E-12 3.183E-153.183E-15 -9.871E-19-9.871E-19 S10S10 0.0000000.000000 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00

비구면 렌즈의 형성예를 들어 설명하면, 곡률반경이 111.000을 갖는 S1 비구면을 형성하기 위해서는 곡률반경이 동일한 구면렌즈상의 설정된위치(즉, A 내지 E 위치)를 표 2에서 제시된 자료에 맞도록 가공하여 비구면 렌즈를 형성하게 된다. 이와 동일한 방법으로 S10 비구면 까지 수행하여 제2 적용례에 해당하는 비구면렌즈를 형성하게 된다.As an example of forming an aspherical lens, in order to form an S1 aspherical surface having a radius of curvature of 111.000, a predetermined position (i.e., A to E position) on a spherical lens having the same radius of curvature is processed to fit the data shown in Table 2. Aspheric lenses are formed. In the same manner as described above to S10 aspherical surface to form an aspherical lens corresponding to the second application example.

한편, 제3 적용례에 따른 투사광학계를 구성하기 위한 각 렌즈의 곡률반경, 거리, 굴절율, 초점거리 및 굴절력이 표 5에 나타나 있다.Meanwhile, the curvature radius, distance, refractive index, focal length, and refractive power of each lens for constructing the projection optical system according to the third application example are shown in Table 5.

투사광학계의 곡률반경, 거리 굴절율, 초점거리, 굴절률Radius of curvature, distance refractive index, focal length, refractive index of projection optical system SiSi rr dd nn fifi ???? S1S1 82.96282.962 8.6008.600 1.4940001.494000 f1=495.7f1 = 495.7 f0/f1=0.159f0 / f1 = 0.159 S2S2 121.163121.163 15.38115.381 S3S3 280.338280.338 8.2008.200 1.4940001.494000 f2=858.9f2 = 858.9 f0/f2=0.092f0 / f2 = 0.092 S4S4 817.986817.986 3.6603.660 S5S5 71.75371.753 25.00025.000 1.4920001.492000 f3=95.2f3 = 95.2 f0/f3=0.804f0 / f3 = 0.804 S6S6 -265.639-265.639 7.0207.020 S7S7 -356.111-356.111 7.0007.000 1.4940001.494000 f4=333.5f4 = 333.5 f0/f4=0.237f0 / f4 = 0.237 S8S8 -127.715-127.715 33.00033.000 S9S9 -52.782-52.782 3.5003.500 1.4300001.430000 f5=-164.5f5 = -164.5 f0/f5=-0.480f0 / f5 = -0.480 S10S10 -45.000-45.000 9.0009.000

또한, 투사광학계의 각 렌즈면에 대한 비구면 및 DOE면의 계수가 표 6에 나타나 있다.In addition, the coefficients of the aspherical surface and the DOE surface for each lens surface of the projection optical system are shown in Table 6.

각 렌즈면에 대한 비구면 및 DOE면의 계수Aspheric and DOE coefficients for each lens surface SiSi KK A(a1)A (a1) B(a2)B (a2) C(a3)C (a3) D(a4)D (a4) E(a5)E (a5) S1S1 -10.525000-10.525000 1.446E-061.446E-06 -2.585E-09-2.585E-09 -2.577E-13-2.577E-13 6.292E-166.292E-16 -1.224E-19-1.224E-19 S2S2 0.0000000.000000 5.697E-075.697E-07 -2.303E-09-2.303E-09 -1.592E-13-1.592E-13 5.906E-165.906E-16 -1.153E-19-1.153E-19 S3S3 -10.000000-10.000000 1.717E-061.717E-06 -3.481E-10-3.481E-10 -1.286E-12-1.286E-12 4.009E-164.009E-16 0.000E+000.000E + 00 S4S4 0.0000000.000000 7.759E-077.759E-07 -3.480E-10-3.480E-10 -9.128E-13-9.128E-13 2.923E-162.923E-16 0.000E+000.000E + 00 S7S7 -85.58500-85.58500 3.547E-073.547E-07 -1.366E-09-1.366E-09 2.086E-122.086E-12 4.252E-164.252E-16 0.000E+000.000E + 00 S7(DOE계수)S7 (DOE coefficient) 0.0000000.000000 -2.546E-04-2.546E-04 0.0000000.000000 0.0000000.000000 0.0000000.000000 0.0000000.000000 S8S8 -45.04800-45.04800 1.599E-061.599E-06 1.098E-091.098E-09 4.231E-134.231E-13 1.535E-161.535E-16 0.000E+000.000E + 00 S9S9 0.0000000.000000 6.856E-066.856E-06 8.342E-098.342E-09 -1.223E-11-1.223E-11 8.706E-158.706E-15 -2.530E-18-2.530E-18 S10S10 0.0000000.000000 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00 0.000E+000.000E + 00

비구면 렌즈를 형성하기 위해 곡률반경이 101.635을 갖는 S1 비구면을 형성하기 위해서는 곡률반경이 동일한 구면렌즈상의 설정된위치(즉, A 내지 E 위치)를 표 4에서 제시된 자료에 맞도록 가공하여 비구면 렌즈를 형성하게 된다. 이와 동일한 방법으로 S10 비구면 까지 수행하여 제3 적용례에 해당하는 비구면렌즈를 형성하게 된다.To form an S1 aspherical surface having a curvature radius of 101.635 to form an aspherical lens, a predetermined position (ie, A to E position) on a spherical lens having the same curvature radius is processed to meet the data shown in Table 4 to form an aspherical lens. Done. In the same manner as described above to S10 aspherical surface to form an aspherical lens corresponding to the third application example.

상술한 바와같이, 본 발명의 투사광학계는 DOE렌즈를 이용하여 색수차 및 구면수차등을 보정하므로 후면투사장치의 고해상도를 구현할수 있는 장점이 있다.As described above, the projection optical system of the present invention corrects chromatic aberration and spherical aberration using a DOE lens, so that a high resolution of the rear projection apparatus can be realized.

또한, 본 발명의 투사광학계는 DOE렌즈로 굴절력을 분산시켜 투사광학계의 성능확보가 유리하여 전체적인 초점거리를 줄이므로 후면투사장치의 박형화 및 고휘도를 구현할수 있는 장점이 있다.In addition, the projection optical system of the present invention has the advantage that it is possible to implement a thinner and higher brightness of the rear projection apparatus because the optical power is distributed to the DOE lens to secure the performance of the projection optical system to reduce the overall focal length.

또한, 본 발명의 투사광학계는 렌즈 매수의 증가없이 고해상도에 적용이 가능하므로 제조비용을 저감시킬수 있는 장점이 있다.In addition, the projection optical system of the present invention can be applied to high resolution without increasing the number of lenses, there is an advantage that can reduce the manufacturing cost.

이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (11)

다수개의 굴절렌즈로 이루어진 투사광학계에 있어서,In the projection optical system consisting of a plurality of refractive lenses, 상기 굴절렌즈의 적어도 한면에 형성된 회절광학소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사광학계.And a diffraction optical element formed on at least one surface of the refractive lens. 상측으로부터 정렬되게 구성하는 투사광학계에서 약한 굴절력을 갖는 제1 렌즈군과, 약한 굴절력을 갖는 제2 렌즈군과, 강한 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군과, 상기 제3 렌즈군을 통해 발생되는 수차를 보정하는 제4 렌즈와, 음의 굴절력을 갖는 제5 렌즈로 구성된 투사광학계에 있어서,The first lens group having weak refractive power, the second lens group having weak refractive power, the third lens group having strong positive refractive power, and the third lens group are generated in the projection optical system configured to be aligned from the image side. In a projection optical system composed of a fourth lens for correcting aberration and a fifth lens having negative refractive power, 상기 렌즈들중 적어도 어느 한면에 형성된 회절광학소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사광학계.And a diffractive optical element formed on at least one surface of the lenses. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 렌즈의 한면이 비구면으로 설계되고 다른 면이 회절광학소자 면으로 설계된 것을 특징으로 하는 투사광학계.The projection optical system of claim 1, wherein one surface of the first lens is designed as an aspherical surface and the other surface is designed as a diffractive optical element surface. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 렌즈의 한면이 비구면으로 설계되고 다른 면이 회절광학소자 면으로 설계된 것을 특징으로 하는 투사광학계.The projection optical system, characterized in that one surface of the second lens is designed as an aspherical surface and the other surface is designed as a diffractive optical element surface. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제4 렌즈의 한면이 비구면으로 설계되고 다른 면이 회절광학소자 면으로 설계된 것을 특징으로 하는 투사광학계.The projection optical system, characterized in that one surface of the fourth lens is designed as an aspherical surface and the other surface is designed as a diffractive optical element surface. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제4 렌즈는 약한 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 투사광학계.And the fourth lens has weak refractive power. 제 1 항 및 제 2 항중 어느 한항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 2, 상기 회절광학면은 양의 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 투사광학계.And the diffractive optical surface has a positive refractive power. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 회절광학면은 다수개의 동심원으로 홈부가 회전대칭성을 갖고 형성된 것을 특징으로 하는 투사광학계.The diffractive optical surface is a projection optical system, characterized in that the groove is formed with a plurality of concentric circles having rotational symmetry. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 회절광학면의 중심에서 주변으로 갈수록 상기 회절광학면의 홈부의 피치가 작아지는 것을 특징으로 하는 투사광학계.And a pitch of the groove portion of the diffractive optical surface decreases from the center of the diffractive optical surface to the periphery thereof. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 렌즈가 음의 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 투사광학계.And the second lens has negative refractive power. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 렌즈들중 적어도 하나의 재질은 플라스틱인 것을 특징으로 하는 투사광학계.At least one of the lenses is a projection optical system, characterized in that the plastic. 상기 렌즈들중 적어도 하나의 재질은 플라스틱인 것을 특징으로 하는 투사광학계.At least one of the lenses is a projection optical system, characterized in that the plastic.
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