프로젝터용 투사렌즈 개발을 위한 비열화 설계 및 분석 방법 연구

Abstract

본 연구리포트에서는 투사렌즈의 초점(Focus)이 일정 시간 동안 변하여 화면이 흐려지는 포커스열화(경시변화) 문제를 DFSS 방법론을 통해 투사렌즈 비열화 설계 및 분석한 연구 과제를 다룬다. 비열화는 온도 변화로 인해 광학적인 성능이 변하지 않도록 하는 것으로 보다 효율적인 설계를 위해 복합 비열화 설계방법을 적용하였다. 초점 변화(△BFL)의 이동 방향과 변화량의 크기를 조절하기 위해 광학 구성시스템을 기능적으로 크게 투사계와 영상계로 구분하여 투사계는 "(-)방향 목표값을 영상계는 (+)방향 목표값을 갖도록 설계하여 온도변화시 이 둘의 합이 상쇄되어 최종 변화량이 0이 되도록 하는 보정 방법을 적용하였다. 여기서 투사렌즈는 그 자체로 온도 보상자로 활용 되어 마치 공차 민감도가 둔감해지는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 일반적 분석 방법은 렌즈를 균일 온도로 가정 하지만 이번 연구에서는 각 렌즈에 걸쳐 있는 온도 구배에 따른 영향을 분석하고자 광학(광량분포), 광기구(구조, 열팽창), 냉각(열유동)의 다중 물리(Multi physics)분야의 시뮬레이션 결과를 활용하였다. 이전 최적화 결과 보다 초점변화(△BFL)량이 0.005mm 더 변하는 것으로 분석되었고, 이는 허용치(초점심도)의 약20%에 해당되는 크기로 유의한 수준이며, 최종 실험 결과 해석 적합도가 기존 70% 수준 대배 93% 수준으로 향상되어 더 정확한 초점변화를 예측할 수 있게 되었다. 새롭게 제안한 설계 방법은 실무적으로 제품 성능 개선 및 가격 경쟁력을 확보하는데 도움이 되었으며, 온도 구배를 고려한 분석 방법은 광학 시뮬레이션의 적합도 향상으로 플라스틱 렌즈 적용 비중이 많은 광학계 적용 시 더 큰 효과를 기대할 수 있다