KR20040074890A - Objective optical system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An object lens optical element is provided to improve image quality displayed on a screen by extending a visual angle of the object lens optical element and correcting aberration. CONSTITUTION: A positive element(P) includes a double-sided convex lens(4) and the first negative lens(3) which is located on an optical path between the double-sided convex lens and an object and is formed in a meniscus shape. A negative element(N) includes the second negative element(1) which is located on the same optical path as the positive element and is formed in a meniscus shape toward a convex plane. A subsidiary element of double-sided convex lens type is located on the optical path between the positive element and the negative element. Hologram(6) is formed at least one surface of the positive element.

Description

대물렌즈 광학계{Objective optical system}Objective optical system

본 발명은 대물렌즈 광학계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원초점 대물렌즈 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an objective lens optical system, and more particularly to an original focal objective lens optical system.

투사 대물렌즈를 포함하는 대물렌즈 광학계는 다양한 광 디스플레이 장치 또는 광전자 장치에 이용된다. 일반적으로 대물렌즈 광학계는 상 쪽에 위치하고 구면경에서 발생하는 수차를 방지하도록 작은 배율을 가지는 광학 소자와, 양면 볼록 포지티브 렌즈와, 상 쪽에 위치하고 음의 곡률을 가지는 네거티브 광학 소자를 포함한다.Objective lens systems including projection objective lenses are used in various optical display devices or optoelectronic devices. In general, an objective lens optical system includes an optical element positioned at an image and having a small magnification so as to prevent aberration generated from a spherical mirror, a double-sided convex positive lens, and a negative optical element positioned at an image and having a negative curvature.

도 1은 미국특허 제4,300,817호에 개시된 투사광학계를 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 투사광학계는 세 개의 그룹(G1, G2, G3)로 이루어져 있다. 각 그룹(G1, G2, G3)는 가장 단순한 형태로서 단일 렌즈만을 구비한다. 제1그룹(G1)은 도시된 바와 같이 매우 약한 양의 배율을 가지는 단일 렌즈(L1)을 구비한다. 단일렌즈(L1)는 평-비구면으로 형성되어 개구에 의존하는 수차를 보정한다. 제2그룹(G2)의 렌즈(L2)는 적어도 하나의 비구면을 가지는 양면 볼록 렌즈로서 전체 렌즈의 대부분의 배율을 제공한다. 제3그룹(G3)의 렌즈(L3)는 오목 이미지측면(S5)을 가지며, 음의 배율을 가진다. 물체측면은 평면이며, 이미지면(S5)은 비구면이다. 렌즈(L3)는 렌즈(L1, L2)의 페쯔발 만곡수차를 보정하는 필드 플래터로 기능한다. 소자(L4)는 단색 CRT 프로젝션 시스템에 일반적으로 사용되는 조명 차단기(radiation shield)이다. CRT의 표면은 P로 표시되어 있다.1 is a schematic view showing a projection optical system disclosed in U.S. Patent No. 4,300,817. Referring to FIG. 1, the projection optical system is composed of three groups G1, G2, and G3. Each group G1, G2, G3 has the simplest form and has only a single lens. The first group G1 has a single lens L1 having a very weak magnification as shown. The single lens L1 is formed into a flat-aspherical surface to correct aberrations depending on the opening. The lens L2 of the second group G2 is a double-sided convex lens having at least one aspherical surface, providing most magnifications of the entire lens. The lens L3 of the third group G3 has a concave image side surface S5 and has a negative magnification. The object side surface is flat and the image surface S5 is aspheric. The lens L3 functions as a field platter for correcting the Petzval curvature aberration of the lenses L1 and L2. Device L4 is a radiation shield commonly used in monochromatic CRT projection systems. The surface of the CRT is marked with P.

상기 미국특허에 개시된 투사광학계에 구비되는 양면 볼록 렌즈는 광시스템의 구경에 의해 발생하는 수차의 보정을 근본적으로 제한하며, 스크린쪽으로 오목 이미지측면을 가지는 매니스커스형 렌즈는 색수차를 완전히 보정하지 못하므로 화질 저하를 가져온다.The double-sided convex lens provided in the projection optical system disclosed in the U.S. Patent fundamentally limits the correction of aberration caused by the aperture of the optical system, and the meniscus lens having the concave image side toward the screen does not completely correct chromatic aberration. As a result, image quality deteriorates.

또한, 다른 종래 기술로서 미국특허 제4,776,681호에 개시된 투사광학계에 구비되는 스크린 쪽의 매니스커스형 렌즈는 볼록면을 스크린쪽으로 향하므로 시야각을 감소시켜 컴팩트한 광학 장치를 구현하기 어려운 점이 있다.In addition, as a related art, the meniscus-type lens on the screen side of the projection optical system disclosed in US Pat. No. 4,776,681 faces the convex surface toward the screen, so it is difficult to implement a compact optical device by reducing the viewing angle.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 대물렌즈 광학계의 시야각을 확대하고 수차를 교정하여 스크린 상에 표현되는 화질을 향상시킬 수 있는 대물렌즈 광학계를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and provides an objective lens optical system capable of improving the image quality represented on a screen by enlarging the viewing angle of the objective lens optical system and correcting aberrations.

도 1은 미국특허 제4,300,817호에 개시된 투사광학계를 개략적으로 보이는 구성도,1 is a schematic view showing a projection optical system disclosed in U.S. Patent No. 4,300,817;

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 대물렌즈 광학계를 개략적으로 보이는 구성도,2 is a schematic view showing an objective lens optical system according to a first embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 대물렌즈 광학계를 개략적으로 보이는 구성도.Figure 3 is a schematic view showing an objective lens optical system according to a second embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

1 ; 제2네거티브 렌즈 2 ; 상One ; Second negative lens 2; Prize

3 ; 제1네거티브 렌즈 4 ; 양면 볼록 렌즈3; First negative lens 4; lenticular

5 ; 물체 7 ; 보조 성분5; Object 7; Auxiliary

8 ; 커플러 9 ; 광파이프8 ; Coupler 9; Light pipe

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above technical problem,

양면 볼록 렌즈 및, 상기 양면 볼록 렌즈와 물체 사이의 광경로 상에 위치하고 매니스커스 형태로 형성된 제1네거티브 렌즈를 포함하는 포지티브 요소;A positive element comprising a two-sided convex lens and a first negative lens disposed on an optical path between the two-sided convex lens and an object and formed in a meniscus shape;

상기 포지티브 요소와 동일 광경로 상에 위치하고 상측으로 볼록면을 향하는 매니스커스형의 제2네거티브 렌즈를 포함하는 네커티브 요소;및A negative element comprising a meniscus second negative lens positioned on the same optical path as the positive element and facing toward the convex surface; and

상기 포지티브 요소와 네거티브 요소 사이의 광경로 상에 위치하는 양면 볼록 렌즈형의 보조 요소;를 포함하며,And a biconvex lenticular auxiliary element positioned on an optical path between the positive element and the negative element.

상기 포지티브 요소의 적어도 어느 한 표면에 홀로그램이 형성되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계를 제공한다.It provides an objective lens optical system characterized in that a hologram is formed on at least one surface of the positive element.

상기 홀로그램은 0.01 내지 0.1의 배율을 가진다.The hologram has a magnification of 0.01 to 0.1.

상기 홀로그램은 A1이 홀로그램의 배율에 비례하는 계수, A2는 상기 포지티브광학 소자의 구면 수차에 비례하는 계수, A3는 상기 네거티브 광학 소자의 구면 수차에 비례하는 계수이고, y가 홀로그램의 높이인 경우 수학식 1을 만족하는 위상 프로파일(VH)를 가지는 것이 바람직하다.The hologram is a coefficient in which A 1 is proportional to the magnification of the hologram, A 2 is a coefficient proportional to the spherical aberration of the positive optical element, A 3 is a coefficient proportional to the spherical aberration of the negative optical element, and y is a height of the hologram. In the case where it is preferable to have a phase profile (V H ) that satisfies the equation (1).

상기 제1네거티브 렌즈는 폴리카보네이트로 이루어지며, 0.1 내지 0.2의 배율을 가지는 것이 바람직하다.The first negative lens is made of polycarbonate, and preferably has a magnification of 0.1 to 0.2.

상기 양면볼록렌즈 및 보조 요소는 아크릴로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 양면볼록렌즈는 0.35 내지 0.4의 배율을 가지는 것이 바람직하다.The biconvex lens and the auxiliary element are preferably formed of acrylic. Here, the biconvex lens preferably has a magnification of 0.35 to 0.4.

상기 제2네거티브 렌즈는 폴리스티롤로 형성되며, 0.5 내지 0.7의 배율을 가지는 것이 바람직하다.The second negative lens is made of polystyrol, and preferably has a magnification of 0.5 to 0.7.

상기 렌즈 중 적어도 한 표면은 비구면으로 형성될 수 있다.At least one surface of the lens may be formed as an aspherical surface.

이하 본 발명의 실시예에 따른 대물렌즈 광학계를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an objective lens optical system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 대물렌즈 광학계를 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 2를 참조하면, 대물렌즈 광학계는 물체(5)쪽에 위치하는 제1네거티브 렌즈(3) 및 홀로그램(6)이 형성된 양면 볼록 렌즈(4)를 포함하는 포지티브 요소(P)와, 상(2)쪽에 위치하는 제2네거티브 렌즈(1)를 포함하는 네거티브 요소(N)를 포함한다.2 is a schematic view showing an objective lens optical system according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the objective lens optical system includes a positive element P including a first negative lens 3 positioned on an object 5 and a biconvex lens 4 on which a hologram 6 is formed, and an image 2. It comprises a negative element (N) comprising a second negative lens (1) located on the side).

제1네거티브 렌즈(1)는 폴리카보네이트로 형성되며 0.1 내지 0.2정도의 배율을 가지며, 넓은 광속을 가지는 광의 수차를 보정할 수 있을 정도로 큰 곡률을 가진다.The first negative lens 1 is made of polycarbonate, has a magnification of about 0.1 to 0.2, and has a curvature large enough to correct aberration of light having a wide luminous flux.

양면 볼록 렌즈(4)는 아크릴로 형성되며 0.35 내지 0.4 정도의 배율을 가지며, 광의 예비 포커싱 작용을 한다. 양면 볼록 렌즈(4)는 양면 볼록 렌즈 형태의 보조 요소(7)와 함께 종축의 색수차를 보정하며, 매니스커스 형의 제2네거티브 렌즈(1)와 함께 횡축 색수차를 보정한다.The double-sided convex lens 4 is made of acrylic and has a magnification of about 0.35 to 0.4, and performs preliminary focusing of light. The double-sided convex lens 4 corrects the chromatic aberration of the longitudinal axis together with the auxiliary element 7 in the form of a double-sided convex lens, and corrects the horizontal-axis chromatic aberration together with the meniscus-type second negative lens 1.

양면 볼록 렌즈(4)의 상면에는 0.01 내지 0.1 정도의 배율을 가지는 홀로그램(6)이 형성되는데, 홀로그램의 위상 프로파일(VH)은 수학식 1을 만족한다. 이와 같은 위상 방정식으로부터 홀로그램(6)의 라인수 및 높이에 해당하는 새그(sag)값을 구할 수 있다. 홀로그램(6)은 원형층 형태의 회절 마이크로 구조로서, 그 측변은 광의 변형시 높은 회절 효과를 보장한다. 홀로그램(6)은 양면 볼록 렌즈(4)를 제외한 다른 광학 소자, 예를 들어, 포지티브 요소(P)의 제1네거티브 렌즈(3)에 형성될 수 있다.A hologram 6 having a magnification of about 0.01 to 0.1 is formed on the upper surface of the double-sided convex lens 4, and the phase profile V H of the hologram satisfies Equation (1). A sag value corresponding to the number of lines and the height of the hologram 6 can be obtained from such a phase equation. The hologram 6 is a diffractive microstructure in the form of a circular layer, the side of which ensures a high diffraction effect upon deformation of light. The hologram 6 may be formed on the first negative lens 3 of the optical element, for example the positive element P, except for the double-sided convex lens 4.

보조 요소(7)는 아크릴로 형성되고 대칭적인 형태를 가지며 배율은 대물렌즈 광학계 전체의 배율과 비슷한 값을 가진다.The auxiliary element 7 is made of acrylic and has a symmetrical shape and the magnification has a value similar to that of the whole objective lens system.

제2네거티브 렌즈(1)는 볼록면을 상(2)쪽으로 향하며 폴리스티롤로 형성되고 0.5 내지 0.7의 배율을 가지는 것이 바람직하다. 제2네거티브 렌즈(1)는 상의 영역에서 일어나는 왜곡을 바로 잡으면서 확장 색수차를 보정한다.The second negative lens 1 is preferably formed of polystyrol with the convex surface facing the image 2 and preferably has a magnification of 0.5 to 0.7. The second negative lens 1 corrects the extended chromatic aberration while correcting the distortion occurring in the image region.

상기 렌즈(1, 3, 4, 7) 중 적어도 하나의 표면은 비구면으로 형성되어 고 배율에 의한 여러 수차를 보정하는 것이 바람직하다.Preferably, at least one surface of the lenses 1, 3, 4, 7 is formed as an aspherical surface to correct various aberrations due to high magnification.

물체(5)에서 출사된 광은 제1네거티브 렌즈(3)와 양면 볼록 렌즈(4) 및 보조 요소(7)를 순서대로 투과한 다음 제2네거티브 렌즈(1)에 의해 발산되어 상(2)을 형성한다. 포지티브 요소(P)의 제1네거티브 렌즈(3)가 물체쪽에 위치하고 양면 볼록 렌즈(4)가 제1네거티브 렌즈(3)에 인접하여 위치하므로 양면 볼록 렌즈(4)의 배율을 상당한 정도로 감소시킬 수 있으며 수차 보정을 위해 대물렌즈 광학계의 물리적 지름을 확장할 수 있다. 상(2) 쪽에 위치하는 제2네거티브 렌즈(1)가 볼록면을 상(2)으로 향하고 있으므로 대물렌즈 광학계의 전체 시야각이 크게 확장될 수 있으며 네거티브 요소(N)와 포지티브 요소(P) 사이에 양면 볼록 렌즈 형태의 보조 요소(7)를 추가함에 따라 전체 시스템의 포커싱 성능을 향상시킬 수 있다.The light emitted from the object 5 passes through the first negative lens 3, the double-sided convex lens 4, and the auxiliary element 7 in order, and then is emitted by the second negative lens 1 to generate an image (2). To form. Since the first negative lens 3 of the positive element P is located on the object side and the double-sided convex lens 4 is located adjacent to the first negative lens 3, the magnification of the double-sided convex lens 4 can be significantly reduced. The physical diameter of the objective optics can be extended for aberration correction. Since the second negative lens 1 positioned on the image (2) faces the convex surface toward the image (2), the overall viewing angle of the objective optical system can be greatly expanded, and between the negative element (N) and the positive element (P). The addition of auxiliary elements 7 in the form of double-sided convex lenses can improve the focusing performance of the overall system.

도 3은 CRT 프로젝션 텔레비전에 채용되는 투사광학계로 이용되는 본 발명의 제2실시예에 따른 대물렌즈 광학계를 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 대물렌즈 광학계는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 대물렌즈 광학계와 동일한 구성요소를 포함한다. 다만, 제2네거티브 렌즈(1)와 상(2)쪽에 결합되는 CRT와 같은 광파이프(9) 사이에 냉매를 포함하는 커플러(8)가 더 구비되는 점이 상이하다.3 is a schematic view showing an objective lens optical system according to a second embodiment of the present invention used as a projection optical system employed in a CRT projection television. The objective lens optical system according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 includes the same components as the objective lens optical system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2. However, there is a difference in that a coupler 8 including a refrigerant is further provided between the second negative lens 1 and the optical pipe 9 such as a CRT coupled to the image 2.

본 발명의 제2실시예에 따른 대물렌즈 광학계는 투사 광학계로 이용되므로, 광경로가 본 발명의 제1실시예에 따른 대물렌즈 광학계와 상이하다. 즉 상(2)쪽에서 출사된 광이 제2네거티브 렌즈(1), 보조 요소(7), 양면 볼록 렌즈(4), 제1네거티브 렌즈(3)를 차례로 통과하여 물체(스크린)(5)쪽으로 투사된다.Since the objective lens optical system according to the second embodiment of the present invention is used as the projection optical system, the optical path is different from the objective lens optical system according to the first embodiment of the present invention. That is, light emitted from the image (2) side passes through the second negative lens (1), the auxiliary element (7), the double-sided convex lens (4), and the first negative lens (3) in order to the object (screen) (5) Projected.

본 발명의 대물렌즈 광학계는 수차 보정과 동시에 대물렌즈 광학계의 시야각을 확대할 수 있으며 고화질의 이미지를 제공할 수 있다.The objective lens optical system of the present invention can enlarge the viewing angle of the objective lens optical system simultaneously with aberration correction and provide a high quality image.

예를 들어 본 발명이 속하는 기술 분차 보정과 동시에 대물렌즈 광학계의 시야각을 확대할 수 있으며 고화질의 이미지를 제공할 수 있다야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 홀로그램을 다양하게 형성시킬 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.For example, the field of view of an objective lens optical system can be enlarged and a high quality image can be provided at the same time as the technical difference correction of the present invention belongs to a person of ordinary skill in the art. Could be formed. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대물렌즈 광학계의 장점은 수차 보정과 동시에 대물렌즈 광학계의 시야각을 확대할 수 있으며 고화질의 이미지를 제공할 수 있다는 것이다.As described above, an advantage of the objective lens optical system according to the present invention is that it is possible to enlarge the viewing angle of the objective lens optical system at the same time as aberration correction and provide a high quality image.

Claims (10)

양면 볼록 렌즈 및, 상기 양면 볼록 렌즈와 물체 사이의 광경로 상에 위치하고 매니스커스 형태로 형성된 제1네거티브 렌즈를 포함하는 포지티브 요소;A positive element comprising a two-sided convex lens and a first negative lens disposed on an optical path between the two-sided convex lens and an object and formed in a meniscus shape; 상기 포지티브 요소와 동일 광경로 상에 위치하고 상측으로 볼록면을 향하는 매니스커스형의 제2네거티브 렌즈를 포함하는 네커티브 요소; 및A negative element comprising a meniscus-type second negative lens positioned on the same optical path as the positive element and facing upwardly; And 상기 포지티브 요소와 네거티브 요소 사이의 광경로 상에 위치하는 양면 볼록 렌즈형의 보조 요소;를 포함하며,And a biconvex lenticular auxiliary element positioned on an optical path between the positive element and the negative element. 상기 포지티브 요소의 적어도 어느 한 표면에 홀로그램이 형성되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.The optical lens of claim 1, wherein a hologram is formed on at least one surface of the positive element. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홀로그램은 0.01 내지 0.1의 배율을 가지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.The hologram has an objective optical system, characterized in that having a magnification of 0.01 to 0.1. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 홀로그램은 A1이 홀로그램의 배율에 비례하는 계수, A2는 상기 포지티브 광학 소자의 구면 수차에 비례하는 계수, A3는 상기 네거티브 광학 소자의 구면 수차에 비례하는 계수이고, y가 홀로그램의 높이인 경우 다음의 위상방정식을 만족하는 위상 프로파일(VH)를 가지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.The hologram is a coefficient A 1 is proportional to the magnification of the hologram, A 2 is a coefficient proportional to the spherical aberration of the positive optical element, A 3 is a coefficient proportional to the spherical aberration of the negative optical element, and y is a height of the hologram. The objective lens optical system having a phase profile (V H ) satisfying the following phase equation. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1네거티브 렌즈는 폴리카보네이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.The first negative lens of claim 1, wherein the objective lens is made of polycarbonate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1네거티브 렌즈는 0.1 내지 0.2의 배율을 가지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.The first negative lens has an magnification of 0.1 to 0.2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양면볼록렌즈 및 보조 요소는 아크릴로 형성되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.The biconvex lens and the auxiliary element is an objective lens optical system, characterized in that formed of acrylic. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양면볼록렌즈는 0.35 내지 0.4의 배율을 가지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.The two-sided convex lens has an objective magnification of 0.35 to 0.4. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2네거티브 렌즈는 폴리스티롤로 형성되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.The second negative lens of the objective lens optical system, characterized in that formed of polystyrene. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2네거티브 렌즈는 0.5 내지 0.7의 배율을 가지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.And the second negative lens has a magnification of 0.5 to 0.7. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 렌즈 중 적어도 한 표면은 비구면인 것을 특징으로 하는 대물렌즈 광학계.At least one surface of the lens is an objective lens optical system, characterized in that the aspherical surface.
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