KR101113279B1 - 프로젝션 또는 백프로젝션 장치를 위한 대물렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 렌즈(L1)를 포함하며 발산 광 빔을 플랫 스크린(SC) 상에 투과시키기 위해 의도되는, 프로젝션 대물렌즈에 대한 것이다. 쌍곡선 형상의 미러(M1)가 렌즈로부터 나오는 광을 볼록면 상에서 수신하도록 배향된다. 본 발명은 또한 대응 프로젝션 또는 백프로젝션 장치에 대한 것이다.

Description

프로젝션 또는 백프로젝션 장치를 위한 대물렌즈{OBJECTIVE FOR A PROJECTION OR BACKROJECTION APPARATUS}
본 발명은 프론트-프로젝션 또는 백프로젝션 장치를 위한 대물렌즈에 대한 것으로서, 왜곡없이 넓은 프로젝션 각을 얻는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 이러한 대물렌즈의 프론트-프로젝션 및 백프로젝션 장치로의 응용에 대한 것이다.
도 1은 종래의 백프로젝터의 설계도를 도시한다. 본 설계도에서, 프로젝터에 의해 방출되는 조사빔이 하나 또는 두 개의 리턴 미러(M1 또는 M2)에 의해 접힌다. 이들 미러는 스크린과 대략 36°의 각을 이룬다. 백프로젝터의 광학 시스템은 1106×622 mm의 면적을 갖는 스크린에서 두께가 최대 45cm가 될 수 있다. 스크린의 대각선을 따르는 원추각(cone angle)은 약 38°가 된다. 수용가능한 왜곡과 수용가능한 MTF(Modulation Transfer Function)는 적당한 가격에 대해 수 십 개의 렌즈로 구성되는 대물렌즈로 획득될 수 있다. 이때 장치의 두께는 예컨대, 50cm이다.
다른 설계도는 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 대향 배치되는 두 개의 미러(M1, M2)를 사용해서 빔을 두 번 접는 것을 수반하는데, 이들 미러는 스크린, 및 광학 축에 대해 오프-센터링되는 필드와 협력하는 프로젝션 대물렌즈와 평행하다.
도 3은 스크린의 중심과 대물렌즈의 광학 축 사이의 거리가 어떻게 정해지는 지를 도시한다. 도 2에서, 미러(M1)는 스크린의 평면에 놓인다. (도 2의 좌측에 있는)스크린의 상부에 도달해야 하는 광선은 처음에 미러(M1)의 상부에 의해 반사되며 따라서 스크린 아래에 위치되는 지점을 통과한다. 필드의 최대각은 다음과 같은 공식:
α= arctan[(H + p/3)/2d]
을 따르는 프로젝터의 두께(d), 스크린의 높이(H), 및 대물렌즈의 동공의 직경(p)에 따른다.
광학 시스템이 다음과 같은 값: H = 622 mm 및 p = 4mm과 함께, 200mm의 두께를 갖는 프로젝터를 생성하기 위해, 57.36°의 값의 각(α)을 갖는 것이 필요하며, 스크린의 중심과 대물렌즈의 광학 축 사이의 거리(D)는 591mm가 될 것이다. 이러한 값으로 올바르게 작동하도록, 시스템은 대물렌즈의 측면 필드를 사용해야 하며, 즉 스크린을 조사하기 위한 이미지 소스는 대물렌즈의 축에 대해 오프-센터링된다.
본 발명의 목적은 공지의 시스템에서보다 훨씬 가까운 거리에서 평면 이미지를 프로젝팅하기 위한 대물렌즈를 생성하는 것이다. 이 대물렌즈는 또한, 시스템이 유도할 수 있는 왜곡을 정정하는 것을 가능하게 한다. 특히, 본 발명의 목적은 이 대물렌즈에 쌍곡선 미러를 사용하는 것이다. 특허(US5716118)에 개시된 바와 같은 공지의 시스템은 쌍곡선 미러를 사용하나, 이 미러는 오목하며, 큰 이미지를 획득하기 위해서는 커야 한다. 이러한 시스템은 따라서 이러한 큰 미러를 생성하는 것의 어려움으로 인해 산업적으로 실행가능하게 하는 것이 어렵다. 본 발명은 프로젝팅된 큰 이미지를 획득하는 것을 가능하게 하는 산업적으로 실행가능한 프로젝터 또는 백프로젝터를 위한 대물렌즈에 대한 것이다.
본 발명은 따라서 프로젝션 대물렌즈에 대한 것으로서, 이 프로젝션 대물렌즈는 조리개의 양 측에 배치되며 발산 광 빔을 플랫 스크린에 투과시키기 위해 의도되는 리어 렌즈 그룹(Grrear)과 프론트 렌즈 그룹(Grfront)을 포함하는 렌즈의 조합을 포함하며, 상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)으로부터 나오는 광을 볼록면 상에서 수신하고 상기 빔을 상기 스크린에 투과시키도록 배향되는 적어도 하나의 렌즈와 적어도 하나의 쌍곡선 형상의 미러를 포함한다.
바람직하게는, 쌍곡선 형상의 미러의 제1 초점은 프론트 렌즈 그룹(Grfront) 에 의해 조리개의 이미지에 의해 한정되는, 동공 영역이라 불리는 영역에 위치된다. 하나의 특정 실시예에 따르면, 프론트 렌즈 그룹과 관련있는 쌍곡선 미러에 대해 반대편에 위치되는 쌍곡선의 제1 초점이 대략 프론트 렌즈 그룹의 동공의 평면에 놓이는 반면에, 제2 초점은 대략 프론트 렌즈 그룹의 출구 동공의 평면에 위치되도록, 쌍곡선 미러가 프론트 렌즈 그룹(Grfront)에 대해 설계 및 위치된다.
유리하게는, 상기 리어 렌즈 그룹 및/또는 상기 프론트 렌즈 그룹은 원추 형상의 표면을 구비하는 적어도 하나의 기하학적-왜곡 정정 옵틱을 포함한다. 바람직하게는, 이 기하학적-왜곡 정정 옵틱은 리어 렌즈 그룹에 위치되며 쌍곡선 형상의 표면을 구비한다. 또한, 이 기하학적-왜곡 정정 옵틱은 바람직하게는 대물렌즈의 조리개로부터 먼 영역에 위치된다. 더욱 정확하게는, 기하학적-왜곡 정정 옵틱은 바람직하게는 조리개로부터 가장 먼 리어 렌즈 그룹의 그 일부에 위치된다.
쌍곡선 미러(M1)의 원추부와 기하학적-왜곡 정정 옵틱(L'1)의 원추부는 쌍곡선의 초점의 위치 즉, 거리(P2) - 쌍곡선 및 P1 - 쌍곡선의 비율에 대략적으로 비례하는 비율일 수 있다.
또한, 쌍곡선 미러에 의해 유도되는 비점 수차 결함을 정정하기 위해, 대물렌즈의 동공에 가깝게 위치되는 메니커스가 제공될 수 있다. 유리하게는, 이 대물렌즈는 따라서 조리개와 가장 가까이 있는 프론트 그룹의 그 일부 또는 리어 그룹의 그 일부에 위치되며 쌍곡선 미러에 의해 유도되는 비점 수차 결함을 정정하기 위해 설계되는 적어도 하나의 메니커스를 포함한다.
더욱이, 본 발명에 따른 대물렌즈는 객체 평면(object plane)의 주변 필드를 사용하고 쌍곡선 미러가 완전히, 이미지에 그림자를 드리우는 대물렌즈 없이 빔을 접도록 쌍곡선의 대칭 축을 관통하는 평면의 일 측에 위치되게 할 수 있다.
바람직하게는, 쌍곡선 미러는 완전히, 쌍곡선의 대칭 축을 관통하는 평면의 일 측에 위치되는데; 이 대칭 축은 쌍곡선의 초점과 만난다.
유리하게는, 렌즈의 광학 축은 쌍곡선의 초점을 관통하는 쌍곡선의 대칭 축 상에 위치된다.
대물렌즈의 렌즈는 일반적으로 렌즈 조합으로 구성되며, 따라서 복합 렌즈를 형성한다.
대안적인 실시예에 따르면, 제1 추가적인 리턴 미러가 렌즈에 의해 투과되는 빔의 방향에 대응하는 제1 방향으로 대물렌즈의 프론트 렌즈 그룹 근처에 배치되며, 상기 빔을 제1 방향과 동일직선상에 있지 않은 제2 방향으로 반사시킨다. 쌍곡선 미러는 제2 방향을 따라 위치되며 제1 리턴 미러에 의해 반사된 빔을 수신하도록 배향된다. 일 실시예에 따르면, 제2 방향은 상기 제1 방향과 60보다 작은 각을 이룬다.
더욱이, 대물렌즈는 유리하게는 조리개의 양 측에 위치되는 두 개의 메니커스를 포함하는데, 오목부가 조리개측으로 배향된다.
하나의 특별한 특징에 따르면, 조리개는 리어 렌즈 그룹의 초점 평면에 놓인다.
유리하게는, 대물렌즈는 프론트 렌즈 그룹에 속하는 메니커스 중 하나와 쌍곡선 미러 사이에 위치되는 포지티브 렌즈를 포함한다. 따라서, 대물렌즈의 전체 크기를 줄이기 위해, 평면 미러를 이용해 광 빔을 접는 것을 더 용이하게 하도록 필드의 광선의 엔벨로프가 감소된다.
이러한 대물렌즈는 프론트 프로젝션 또는 백프로젝션 장치에 적용 가능하다. 바람직하게는, 대물렌즈는 공간 광 변조기와 같은 디스플레이를 포함하며, 이 디스플레이는 이러한 리어 렌즈 그룹의 광학 축의 일 측에 위치되며 변조된 광 빔을 리어 렌즈 그룹의 영역에 투과시키는 것을 가능하게 하는데, 이 영역은 상기 리어 렌즈 그룹의 축(XX')의 일 측에 위치된다.
이를 위해, 디스플레이, 적어도 광학적 활성 표면이 완전히 렌즈 즉, 대물렌즈인 복합 렌즈의 광학 축의 일 측에 위치된다. 이 디스플레이는 변조된 광 빔을 이 렌즈에 즉, 대물렌즈의 엔트리에 투과시키도록, 그 자체로 알려진 방식으로 설계된다. 따라서, 대물렌즈는 오프셋 필드로 사용되어, 쌍곡선 미러로부터, 또는 적당한 경우, 추가적인 미러로부터 나오는 빔이 대물렌즈의 렌즈 또는 렌즈들에 의해 인터셉트되지 않는다.
또한, 디스플레이는 바람직하게는 플랫 형상이다.
본 발명은 적어도 제2 리턴 미러가 쌍곡선 미러에 의해 반사되는 광을 수신하고 그것을 백프로젝션 장치의 스크린의 리어면에 반사시키는, 백프로젝션 장치에 적용 가능하다.
이러한 배열에서, 리턴 미러는 바람직하게는 스크린의 평면과 제로의 각을 이룬다. 본 발명의 대안적인 실시예에서, 스크린의 평면과 비-제로 각 예컨대, 15°를 이루는데, 비-제로 각은 프로젝터의 전체 부피를 줄이는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 제2 미러가 상기 제1 리턴 미러와 동일 평면에 놓인다.
바람직하게는, 대물렌즈는 이때 지지대에 의해 제1 미러에 역학적으로 연결된다.
본 발명의 다양한 측면 및 특징은 후술하는 상세한 설명과 첨부 도면에서 더욱 명백해질 것이다.
도 1 내지 도 3은 당해 기술 분야에서 공지되어 있으며 이미 위에서 설명된 백프로젝션 시스템을 도시하는 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 대물렌즈의 설명적인 예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 백프로젝션 장치의 설명적인 예를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 백프로젝션 장치의 다른 설명적인 예를 도시하는 도면.
도 7a 및 도 7b는 광선이 어떻게 전파되는지를 정확하게 설명하는 도면.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 맥락에서 사용되는 미러의 다양한 위치 및 방위를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 프론트-프로젝션 장치로의 응용 예를 도시하는 도면.
도 12a 및 12b는 본 발명에 따른 대물렌즈의 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
도 13a, 13b 및 도 14는 왜곡 및 비점 수차 정정을 설명하기 위한 도면.
도 15는 본 발명에 따른 대물렌즈의 설명적인 예를 도시하는 도면.
본 발명에 따른 대물렌즈의 기본적이고 설명적인 예가 이제 도 4a를 참조해서 설명될 것이다. 이 대물렌즈는 사실, 렌즈 조합 즉, 복합 렌즈로부터 형성되는 렌즈인 렌즈(L'1)를 포함한다. 쌍곡선 형상(HYP)의 미러(M1)가 대물렌즈의 출구 측에, 그리고 쌍곡선의 초점을 관통하는 쌍곡선의 축이 렌즈(L'1)의 광학 축(XX')과 일치하는 방식으로 배치된다.
렌즈에 의해 투과된 광이 쌍곡선 미러에 의해 반사되며 대물렌즈의 동공의 컨쥬게이트 지점인 지점(p')으로부터 나온다(조리개의 이미지가 프론트 렌즈 그룹에 의해 생성된다).
도 4a에서 보여지는 바와 같이, 쌍곡선 미러는 더 발산되게 반사시키는 빔을 만든다. 또한, 렌즈(L'1)가 쌍곡선 미러에 의해 반사된 빔의 투과를 교란하는 것을 방지하도록, 쌍곡선의 대칭 축을 관통하는 평면의 일 측에 놓이는 쌍곡선 형상의 그 일부(M1)만을 사용하는 것이 제공될 수 있다. 이 축은 쌍곡선의 초점을 관통한다. 사용될 수 있는 렌즈(L'1)로부터 나오는 광은 따라서 대물렌즈의 광학 축을 관통하는 평면의 일 측에 놓이는 광이다. 광원에 의해 조사되고 스크린상에 프로젝팅되는 것이 의도되는 이미지가 따라서 대물렌즈의 축에 대해 오프-축이 될 것이다.
이러한 배열은 일정 경우에 MTF(Modulatioin Transfer Function)에서 왜곡 및 악화 즉, 광학 시스템의 공간 주파수 응답에서의 악화를 유도한다. 이러한 결함은 쌍곡선 미러를 대물렌즈로부터 멀리 이동시키고 대물렌즈와 쌍곡선 미러 사이에 렌즈(L9)를 삽입함으로써 정정되는데, 이 렌즈는 상기 렌즈의 조리개의 양 측에 광학 전력을 균형있게 하고 쌍곡선 미러상의 빔의 광선의 입사각을 감소시키고 특히 쌍곡선의 축으로부터 가장 먼 광선의 입사각을 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 배열이 도 4b에 도시되어 있다. 따라서, 쌍곡선 미러가 대물렌즈로부터 더 멀리 있을수록, 대물렌즈가 작동하는 필드는 더 좁아진다.
본 발명은 또한 쌍곡선 미러에 의해 유도될 수 있는 비점 수차를 정정하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 하나 또는 두 개의 메니커스-형상의 판(ME1 및 ME2)이 제공되며, 이는 렌즈(L'1)에 의해 형성되는 대물렌즈 동공(PU) 근처에 배치 된다. 두 개의 메니커스의 경우에, 이들은 대물렌즈의 조리개(PU)의 양측에 배치된다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 메니커스는 서로 반대인 오목면으로 배치되며 메니커스의 중심(C1 및 C2)이 또한 두 개의 오목면 사이의 거리가 두 개의 오목면의 반경의 합보다 더 작은 방식으로 조리개(PU)의 양 측에 위치된다. 두 개의 메니커스에 등가의 애퍼쳐를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
도 5는 지금까지 설명된 본 발명의 대물렌즈를 채용하는 백프로젝션 장치의 설명적인 예를 도시한다.
바람직하게는, 공간 광 변조기와 같은 평면 디스플레이 디바이스(SLM)가 빔을 투과시키는데 사용되는데, 이 빔은 공간 변조로 인해 적어도 하나의 이미지를 전달한다. 이 빔은 렌즈(L'1)(복합 렌즈)에 의해 쌍곡선 미러(M1)에 투과되며, 이 미러(M1)는 광을 바람직하게는 스크린(SC)의 평면에 놓이는 평면 미러(M2)에 반사시킨다. 이 빔은 미러(M2)에 의해 제2 평면 미러(M3)상에 반사되며, 이 미러(M3)는 광을 백프로젝션 스크린(SC)의 리어면 상에 반사시킨다.
디스플레이(SLM)는 쌍곡선 미러(M1)만을 조사하도록 렌즈(L'1)의 광학 축(XX')을 관통하는 평면의 일 측에 위치되는데, 이 미러(M1)는 렌즈(L'1)의 축을 관통하는 평면의 일 측에 놓이는 쌍곡선(HYP)의 일부만을 점유한다.
따라서, 스크린 상의 소정의 이미지 면적에 대해(그리고 따라서 스크린 면적에 대해), 광학 백프로젝션 시스템의 두께가 도 5의 아키텍쳐를 사용해서 더 감소될 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 백프로젝터의 다른 실시예를 도시한다. 바람직하게 는, 평면 미러(M4)가 렌즈의 출구와 쌍곡선 미러 사이에 제공된다. 이러한 배열은 빔의 필드 각을 감소시키도록 쌍곡선 미러가 렌즈로부터 더 멀리 이동될 수 있게 한다. 이러한 백프로젝터 배열은 따라서 도 4b와의 관계에서 설명된 대물렌즈를 사용한다. 도 6은 따라서 대물렌즈의 필드 각을 감소시키기 위한 렌즈(L9)를 도시한다.
도 7a는 도 5의 구성에서 빔의 전파를 더욱 상세하게 도시한다.
도 7b는 미러(M2)에 의해 "접힌" 빔을 "접히지 않게" 함으로써, 쌍곡선 미러를 사용하는 빔 발산의 관계에서의 이점을 더욱 명확하게 설명한다. 쌍곡선 미러와 결합된 접힘은 백프로젝터인 광학 시스템의 두께를 감소시키는 이점이 있으며, 이중 접힘은 하물며 이러한 두께를 훨씬 많이 감소시킨다.
빔과 구성요소가 상호간에 오버랩되지 않는 한, 다양한 각이 가능하다:
큰 미러(M3)의 경우에, 각은 대략 0에서 12°까지 변할 수 있다; 그리고
작은 미러(M4)의 경우에, 각은 대략 12에서 35°까지 변할 수 있다.
도 8과 도 9에 예가 제공된다.
도 8은 미러(M4)가 스크린의 평면과 경사를 이루는 예를 도시한다.
도 9는 미러(M3)가 스크린의 평면과 경사를 이루는 예를 도시한다.
도 10은 대안적인 실시예를 도시하는데, 이 예에서 스크린과 큰 미러(M3) 사이의 거리가 감소되며, 쌍곡선 미러(M1)와 큰 미러(M3) 사이의 거리가 증가된다. 광학 축으로부터 더 먼 주변 필드가 또한 사용된다. 따라서, 스크린에 대해서 플래터이며 수용가능한 베이스를 구비하는 프로젝터가 획득된다.
도 11은 프로젝터가 스크린 위에 위치되는 프론트 프로젝터를 도시한다. 예컨대, 프로젝터는 룸의 벽 위에 프로젝팅시키기 위해 천장에 고정된다.
본 발명에 따른 백프로젝션 시스템은 약 1100 × 620mm의 스크린(스크린 대각선은 약 1280mm)에 대해 두께가 20cm보다 더 작은 값으로 감소될 수 있는 스크린을 획득할 수 있도록 함이다. 이는 벽에 부착될 수 있는 스크린을 구비하는 것을 가능하게 한다.
도 12a 및 12b는 백프로젝션 시스템에 적용된 본 발명에 따른 대물렌즈의 대안적인 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 대물렌즈(L'1)는 물리적으로는 미러(M1)와 결합되며, 미러(M4)는 대략 미러(M3)와 동일 평면에 놓인다. 일 실시예에서, 미러(M4 및 M3)는 동일한 미러를 형성한다.
도 12b에서 보여지는 바와 같이, 대물렌즈(L'1)는 대략 쌍곡선 형상을 갖는 장착 지지대(S1)의 개구부(01)에 장착된다. 개구부(01) 근처에서, 지지대(S1)는 미러(M1)를 구성하는 반사 평면을 구비한다. 일 실시예에서, 개구부(01)는 지지대(S1)의 쌍곡선 형상의 축(YY') 상에 위치된다.
도 13a는 미러(M3 및 M4)가 없는 본 발명의 시스템의 상세한 설명적인 예를 도시하나, 미러(M3 및 M4)를 포함하는 시스템은 유사한 구성을 가질 것이다.
대물렌즈의 굴절부는 4개의 렌즈(L1 내지 L4)로 구성되는 리어 렌즈 그룹(Grrear)과 3개의 렌즈(L5 내지 L7)로 구성되는 프론트 렌즈 그룹(Grfront)을 포함한다. 프론트 그룹은 객체(SLM)로부터 광을 수신하는데, 물체의 이미지는 스크린(SC) 상에 프로젝팅되어야 한다. 객체(SLM)는 예컨대 공간 광 변조기이다. 프론트 그룹(Grfront)은 리어 그룹(Grrear)으로부터 수신하는 빔을 이용해 쌍곡선 미러(M1)를 조사하는데 사용된다.
본 발명에 따르면, 쌍곡선 미러(M1)는 초점 중 하나, F2가 프론트 그룹(Grfront)의 출구 동공(P2)의 평면에 놓이는 방식으로 렌즈 그룹(Grfront)에 대해 위치된다. 나머지, 헛초점(F1)은 시스템의 헛 출구 동공(P1)의 평면에 놓인다. 따라서, 본 발명에 따르면, 쌍곡선 미러가 동공(P1 및 P2)과 컨쥬게이트하고 필드 각을 증가시키는 이점이 있으며 따라서 시스템의 배율을 증가시키는 이점이 있다.
일반적으로, 동공은 분리성이 없으며 수차를 겪을 수 있다. 프론트 그룹(Grfront)의 출구 동공(P2)은 따라서 비-분리성 동공 구역(Z2)을 한정한다. 한정에 의해, 이 동공 구역(Z2)은 프론트 렌즈 그룹(Grfront)에 의해 생성되는 조리개의 이미지이다. 위에서 나타난 바와 같이, 볼록 쌍곡선 미러는 두개의 초점 즉, 제1, 헛초점(F1) 및 실초점(F2)을 갖는다. 쌍곡선 미러(M1)의 실초점(F2)은 바람직하게는 프론트 그룹의 출구 동공 구역(Z2)에 위치된다. 이 방식으로, 초점(F1)은 프론트 그룹(Grfront)과 쌍곡선 미러(M1)의 조합에 대응하는 시스템의 출구 동공(P1)에 대응하는 동공 구역(Z1)에 위치된다.
실초점(F2)가 동공 구역(Z2)에 위치되기 때문에, 스크린(SC)에 대응하는 이미지 평면 상에 프로젝팅되는 이미지의 품질이 최적화된다.
또한, 대물렌즈의 전체 크기를 감소시키기 위해 평면 미러를 이용해 광 빔을 접는 것을 더욱 용이하게 하도록 필드의 광선의 엔벨로프를 감소시키기 위해, 상기 메니커스(L5)와 쌍곡선 미러(M1) 사이에 위치되는 포지티브 렌즈(L7)가 제공된다.
그러나, 쌍곡선 미러는 기하학적 왜곡을 유도할 수 있으며, 도 14a에 도시된 바와 같은 객체는 도 14b에 도시된 바와 같은 왜곡이 있는 이미지를 전달할 수 있다.
이러한 왜곡을 정정하기 위해, 본 발명은 원추 형태의 표면을 갖는 렌즈(L1)를 리어 렌즈 그룹(Grrear)에 제공한다. 유리하게는, 이러한 원추부는 기하학적 왜곡의 거의 완벽한 정정을 제공하도록 미러(M1)의 형상과 동일한 유형의 원추부이다. 유리하게는, 이러한 원추부는 따라서 쌍곡선이다.
바람직하게는, 원추부(쌍곡선 미러(M1)와 리어 렌즈(L1))의 비율은 쌍곡선의 초점의 위치(거리(P2) - 쌍곡선 및 P1 - 쌍곡선)의 비율과 대략적으로 비례한다.
예컨대, 등가의 리어 렌즈(Grrear)의 초점 거리가 설정되고, 동공이 이 렌즈의 초점에 배치되며 쌍곡선이 "일정 거리 떨어져서" 배치된다. 이 거리는 스크린 상에서 소정의 배율(예컨대, 64)을 획득하기 위해 쌍곡선을 위한 원추부와 초점 거리의 사용을 필요로 한다. 대물렌즈를 정정하기 위해 렌즈 또는 렌즈 그룹(Grrear)이 구비해야 하는 원추 표면의 형상은 이러한 원추부와 쌍곡선 미러의 원추부의 비율이 쌍곡선의 주요 평면으로부터 쌍곡선의 초점 거리를 나타내는 비율(L1/L2, L1 및 L2)과 대략적으로 비례하도록 한다. 이들 거리 특히, P2에 대응하는 거리는 렌즈 그룹(Grfront)을 통해 쌍곡선으로부터 보여지는 등가 거리이다.
그러나, 쌍곡선 형상의 렌즈(L1)는 대물렌즈의 조리개(Φ)로부터 떨어져 있어야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 도 13a의 경우로서, 왜곡의 사전정정이 연장된 빔 상에서 이루어질 수 있다.
그러므로, 설계된 렌즈(L1)는 따라서 기하학적 왜곡뿐만 아니라 필드 곡률도 정정한다는 것이 주목될 것이다.
더욱이, 시스템에 의해 유도되는 비점 수차 결함이 기하학적 왜곡과 동일한 법칙을 따르지 않는다. 그 결함은 위 수단에 의해 정정되지 않는다. 이러한 이유로, 시스템에 의해 유도되는 비점 수차 결함을 정정하기 위해 L5와 같은 적어도 하나의 메니커스가 제공된다.
도 13b는 본 발명에 따른 대물렌즈의 근축도(paraxial diagram)를 도시하며 객체로부터 나오는 광선의 주요 경로를 나타낸다.
이 도 13b에서, 도 13a의 리어 렌즈 그룹(Grrear)은 렌즈(11)에 의해 상징적으로 도시되었으며 프론트 렌즈 그룹(Grfront)은 렌즈(12)에 의해 상징적으로 도시되었다.
도 13b에서 보여지는 바와 같이, 시스템은 텔레센트릭(telecentric)이다. 광학 시스템에 대해 프로젝팅될 객체와의 반대 측 상의 동공이 시스템의 초점 평면에 놓인다(초점 거리 f0):
Figure 112005072160690-pct00001
렌즈(12)는 쌍곡선 미러의 표면을 거쳐 스크린 상에 예리한 이미지를 생성하도록 설계되는데, 이 조건은 쌍곡선 미러에 멱(
Figure 112005072160690-pct00002
)을 가한다.
A에서의 쌍곡선 미러의 멱이 낮다는 것이 수용되는 경우, 다음과 같은 방정식이 기록될 수 있다:
Figure 112005072160690-pct00003
h0로부터 나오는 광선의 새로운 출구 각은:
Figure 112005072160690-pct00004
쌍곡선 미러의 작용이다.
이 시스템에서, 쌍곡선 미러는 동공을 컨쥬게이트하는데 사용된다.
f1과 f2를 쌍곡선의 초점의 위치라 하고 hm을 입사의 높이라 하자:
Figure 112005072160690-pct00005
Figure 112005072160690-pct00006
이로부터 객체의 높이(H0)를 이미지의 높이(Hi)에 링크시키는 방정식이 추론된다:
Figure 112005072160690-pct00007
도 15는 본 발명에 따른 대물렌즈의 설명적인 예를 도시한다. 이 대물렌즈의 다양한 요소의 특성이 다음 표로 요약될 수 있다.
Figure 112005072160690-pct00008
본 발명은 프론트-프로젝션 또는 백프로젝션 장치를 위한 대물렌즈에 이용가능한 것으로서, 왜곡없이 넓은 프로젝션 각을 얻는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 이러한 대물렌즈의 프론트-프로젝션 및 백프로젝션 장치로의 응용에 이용 가능하다.

Claims (16)

  1. 조리개의 양 측에 배치되며 발산 광 빔을 플랫 스크린(SC)에 영사시키기 위한 프론트 렌즈 그룹(Grfront)과 리어 렌즈 그룹(Grrear)을 포함하는 렌즈 조합을 포함하고, 상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)과 상기 리어 렌즈 그룹(Grrear)은 동일한 광학 축을 갖고, 상기 조리개는 리어 렌즈 그룹(Grrear)의 초점 평면에 놓이는, 프로젝션 대물렌즈에 있어서
    적어도 하나의 쌍곡선 형상의 쌍곡선 미러(M1)를 포함하며, 상기 쌍곡선 미러(M1)는 상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)으로부터 나오는 광을 볼록면 상에서 수신하고 상기 빔을 상기 플랫 스크린(SC)에 영사시키도록 상기 쌍곡선 미러의 초점을 관통하는 상기 쌍곡선 미러의 축이 상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)과 상기 리어 렌즈 그룹(Grrear)의 광학 축과 일치하도록 배향된 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 쌍곡선 미러는 초점 중 하나(F2)가 상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)에 의해 생성되는 조리개의 이미지에 의해 한정되는 상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)의 출구 동공(P2)의 평면에 놓이는 방식으로 프론트 렌즈 그룹(Grfront)에 대해 위치되고, 나머지 초점(F1)은 상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)과 상기 쌍곡선 미러(M1)의 조합에 대응하는 시스템의 헛 출구 동공(P1)의 평면에 위치되어, 상기 쌍곡선 미러(M1)가 헛 출구 동공(P1) 및 출구 동공(P2)과 컨쥬게이트하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 리어 렌즈 그룹 또는 상기 프론트 렌즈 그룹은 비점 수차 결함을 정정하기 위한 적어도 하나의 기하학적-왜곡 정정 옵틱(L1)을 포함하고, 상기 기하학적-왜곡 정정 옵틱(L1)은 원추 형상인 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 기하학적-왜곡 정정 옵틱(L1)은 리어 렌즈 그룹에 위치되며, 상기 기하학적-왜곡 정정 옵틱(L1)은 쌍곡선 형상인 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 기하학적-왜곡 정정 옵틱은 상기 조리개로부터 가장 먼 상기 리어 렌즈 그룹의 그 일부에 위치되는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront) 또는 상기 리어 렌즈 그룹(Grrear)은 상기 조리개와 가장 가까이 있는 상기 프론트 그룹의 그 일부 또는 상기 리어 그룹의 그 일부에 위치되는 적어도 하나의 메니커스(L5)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 메니커스 또는 메니커스들은 상기 쌍곡선 미러(M1)에 의해 유도되는 비점 수차 결함을 정정하기 위해 오목부가 상기 조리개측으로 배치되어 설계되는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 프로젝션 대물렌즈는 객체 평면(object plane)의 주변 필드를 사용하고, 상기 쌍곡선 미러(M1)는 렌즈가 상기 쌍곡선 미러(M1)에 의해 반사된 빔의 투과를 교란하는 것을 방지하도록 상기 쌍곡선 미러(M1)의 쌍곡선의 대칭 축을 관통하는 평면의 일 측에 위치되는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  8. 제1 항에 있어서,
    제1 리턴 미러(M4)가 렌즈에 의해 투과되는 빔의 방향인 제1 방향으로 프론트 렌즈 그룹(Grfront)의 다음에 배치되고, 상기 빔을 제2 방향으로 반사시키고, 상기 쌍곡선 미러(M1)는 제2 방향을 따라 위치되고 상기 제1 리턴 미러(M4)에 의해 반사된 빔을 수신하도록 배향된 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  9. 제8 항에 있어서,
    제2 방향은 상기 제1 방향과 60°보다 작은 각을 이루는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront) 또는 상기 리어 렌즈 그룹(Grrear)은 상기 조리개의 양 측에 위치되는 두 개의 메니커스(ME1, ME2)를 포함하고, 메니커스의 오목부가 상기 조리개 측으로 배향된 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  11. 삭제
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)은, 상기 프론트 렌즈 그룹(Grfront)에 속하는 상기 메니커스(L5) 중 하나와 상기 쌍곡선 미러(M1) 사이에 위치되는 포지티브 렌즈(L7)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 대물렌즈.
  13. 제1 항 내지 제10 항 및 제12 항 중 어느 한 항에 따른 대물렌즈를 사용하는 프로젝션 또는 백프로젝션 장치에 있어서,
    이러한 리어 렌즈 그룹의 광학 축의 일 측에 위치되며, 변조된 광 빔을 상기 리어 렌즈 그룹의 축(XX')의 일 측에 위치되는 리어 렌즈 그룹의 영역에 영사시키는 것을 가능하게 하는, 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 또는 백프로젝션 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 쌍곡선 미러(M1)에 의해 반사된 광을 수신하고 그것을 상기 백프로젝션 장치의 스크린의 리어면에 반사시키는, 적어도 하나의 제2 리턴 미러(M3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 백프로젝션 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 리턴 미러(M3)는 상기 스크린(SC)의 평면과 제로 각을 이루는 것을 특징으로 하는, 백프로젝션 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 리턴 미러(M3)가, 렌즈에 의해 영사되는 빔의 방향인 제1 방향으로 프론트 렌즈 그룹(Grfront)의 다음에 배치되고, 상기 빔을 제2 방향으로 반사시키는, 제3 리턴 미러(M4)와 동일 평면에 놓이고, 상기 쌍곡선 미러(M1)는 제2 방향을 따라 위치되고 상기 제3 리턴 미러(M4)에 의해 반사된 빔을 수신하도록 배향된 것을 특징으로 하는, 백프로젝션 장치.
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