KR20130028930A - 투사 광학계 및 화상 투사 장치 - Google Patents

투사 광학계 및 화상 투사 장치 Download PDF

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KR20130028930A
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타츠야 타카하시
카즈히로 후지타
잇세이 아베
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가부시키가이샤 리코
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Abstract

개시된 투사 광학계는 피투사면 상에 화상을 투사한다. 투사 광학계는 적어도 하나의 굴절 광학계를 포함하고 전체로서 포지티브 파워를 갖는 제1 광학계와, 절곡 미러와, 파워를 갖는 적어도 하나의 반사면을 가지며 전체로서 포지티브 파워를 갖는 제2 광학계를 포함한다. 또한, 절곡 미러는, 제1 광학계의 광축과 피투사면의 법선을 포함하는 평면에서, 제1 광학계로부터 제2 광학계로 광로를 절곡하며, 0.43 ≤ d1, 0.43 ≤ d2 및 0.7 ≤ d2/d1 ≤ 2.0의 조건식이 만족된다.

Description

투사 광학계 및 화상 투사 장치{PROJECTION OPTICAL SYSTEM AND IMAGE PROJECTION DEVICE}
본 발명은 투사 광학계 및 화상 투사 장치에 관한 것이다.
최근에, 화상 투사 장치로서 널리 알려진 액정 프로젝터에서, 더 높은 해상도의 액정 패널, 고효율 광원 램프에 따른 더 밝은 투사 화상 및 비용 감소와 같은 소정의 발전이 되어 왔다. 또한, DMD(Digital Micro-mirror Device)를 이용하는 작고 경량의 화상 투사 장치가 널리 사용되어 왔다. 그 결과, 사무실 및 학교뿐만 아니라 가정에서도, 화상 투사 장치가 사용되기 시작하였다. 특히, 휴대성의 발달로, 폰트 타입 프로젝터는 제한된 인원수의 사람을 위한 소규모 회의실에 사용되어 왔다.
초단 초점 프로젝터(ultra short-focus projector)는 발표자의 그림자가 스크린 상에 투사되지 않는 장점을 갖는다. 반면에, 투사 거리가 광학계의 전체 길이보다 짧으면, 피투사면으로부터 분리된 광학계를 설치하여 광학계를 사용하는 것이 불가능할 수 있다. 이러한 경우에, 광학계는 피투사면 뒤에 매입될 필요가 있을 수 있다.
일본 특허출원공보 No. 2008-096983호
종래의 투사 광학계 및 종래의 투사 광학계를 포함하는 화상 투사 장치에 대하여, 예를 들어, 특허 문헌 1은 절곡 미러(folding mirror)가 제1 광학계와 제2 광학계 사이에 배치되는 구성을 개시한다. 그러나, 특허 문헌(1)에 개시된 투사 광학계에서 그리고 투사 광학계를 포함하는 화상 투사 장치에서, 조건에 따라, 절곡 미러에 반사된 광이 제1 광학계에 의해 차단(절단)될 수 있거나, 제2 광학계에 반사된 광이 절곡 미러에 의해 차단될 수 있다.
본 발명은 상기 환경을 감안하여 이루어지며, 광이 차단되는 문제점을 해결하고 피투사면 뒤에 매입되지 않고 투사할 수 있는 투사 광학계를 제공할 수 있다.
본 발명의 양태에 따르면, 피투사면 상에 화상을 투사하는 투사 광학계에 있어서, 적어도 하나의 굴절 광학계를 포함하고 전체로서 포지티브 파워를 갖는 제1 광학계와, 절곡 미러와, 파워를 갖는 적어도 하나의 반사면을 포함하고 전체로서 포지티브 파워를 갖는 제2 광학계를 포함하는 투사 광학계가 제공된다. 또한, 상기 절곡 미러는, 상기 제1 광학계의 광축과 상기 피투사면의 법선을 포함하는 평면에서, 상기 제1 광학계로부터 상기 제2 광학계로의 광로를 절곡하고, 0.43 ≤ d1, 0.43 ≤ d2 및 0.7 ≤ d2/d1 ≤ 2.0의 조건식이 만족된다.
또한, d1은
Figure pct00001
로 표현되고,
여기에서,
부호 f는 상기 제1 광학계의 초점 길이를 나타내고;
부호 d1은 거리를 상기 제1 광학계의 상기 초점 길이 f로 나누어 얻어진 값을 나타내고, 상기 거리는 상기 광으로부터 법선 방향으로의 점과 광 사이의 거리이고, 상기 광은 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부에 가장 가까운 위치에서 상기 절곡 미러에 의해 반사되고, 상기 점은 상기 제1 광학계 내의 표면과 상기 제1 광학계의 광축의 교점이고, 상기 표면은 상기 광에 가장 가깝고;
부호 d2는 거리를 상기 제1 광학계의 상기 초점 길이 f로 나누어 획득된 값을 나타내고, 상기 거리는 상기 제1 광학계의 광축으로부터의 법선 방향으로 상기 절곡 미러의 외부 단부와 광 사이의 거리이고, 상기 외부 단부는 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계로부터 더 먼 외부 단부이고, 상기 광은 상기 제2 광학계에 의해 반사되었고 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계로부터 더 먼 외부 단부에 가장 가깝고;
부호 l1은 상기 제1 광학계의 광축 방향으로 상기 제1 광학계 내의 표면과 상기 절곡 미러의 외부 단부 사이의 거리를 나타내며, 상기 표면은 상기 절곡 미러에 가장 근접하고, 상기 외부 단부는 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부이고;
부호 θ1은 상기 광축 방향에 대한 광의 방출 각도를 나타내며, 상기 광은 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부에 가장 가까운 위치에서 상기 절곡 미러에 의해 반사되어 상기 절곡 미러에 가장 가까운 표면으로부터 방출되며, 상기 1 내에 구비되고;
부호 θ2는 상기 광축의 법선 방향에 대한 상기 절곡 미러의 각도를 나타내고; 그리고,
부호 θ3는 광축 방향에 대한 선의 각도를 나타내며, 상기 선은 외부 단부와 점 사이를 연결하며, 상기 외부 단부는 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부이고, 상기 점은 상기 제1 광학계 내의 표면과 상기 제1 광학계의 광축의 교점이고, 상기 표면은 상기 절곡 미러에 가장 가깝다.
개시된 기술에 따라, 광이 차단되는 문제점을 해결하고 피투사면 뒤에 매입되지 않고 투사할 수 있는 투사 광학계를 제공하는 것이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투사 광학계를 나타내는 광로도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대 광로도이다.
도 3은 비교예 1으로서 투사 광학계를 나타내는 광로도이다.
도 4는 비교예 2로서 투사 광학계를 나타내는 광로도이다.
도 5는 파라미터를 나타내는 (제1) 도면이다.
도 6은 파라미터 D1이 음의 값인 경우에, 도 1의 투사 광학계를 나타내는 광로도이다.
도 7은 도 6의 부분 확대 광로도이다.
도 8은 파라미터를 나타내는 (제2) 도면이다.
도 9는 파라미터 D2가 음의 값인 경우에, 도 1의 투사 광학계를 나타내는 광로도이다.
도 10은 도 9의 부분 확대 광로도이다.
도 11은 파라미터 l2를 나타내는 도면이다.
도 12는 파라미터 l2를 결정하는 방법을 나타내는 (제1) 광로도이다.
도 13은 파라미터 l2를 결정하는 방법을 나타내는 (제2) 광로도이다.
도 14는 제1 실시예에서 스크린 상의 최종 해상 성능 데이터를 나타내는 도면이다.
도 15는 제2 실시예에서 스크린 상의 최종 해상 성능 데이터를 나타내는 도면이다.
도 16은 제3 실시예의 투사 광학계를 나타내는 광로도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 투사 장치를 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기술된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일하거나 균등한 요소에 대하여 사용되고, 이들의 반복된 설명은 생략될 것이다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투사 광학계를 나타내는 광로도이다. 도 2는 도 1의 부분 확대 광로도이다. 도 1 및 2의 좌표계에서, 부호 X는 스크린의 장축 방향을 나타내고, 부호 Z는 스크린의 단축 방향을 나타내고, 부호 Y는 스크린의 법선 방향을 나타낸다. 도 1 및 2를 참조하면, 투사 광학계(10)는 제1 광학계(11), 절곡 미러(12) 및 제2 광학계(13)를 포함한다. 또한, 도면 번호 80은 화상 형성 소자를 나타내고(이후에 화상 형성 소자(80)라 한다), 도면 번호 90은 스크린을 나타낸다(이후에 스크린(90)이라 한다).
투사 광학계(10)에서, 제1 광학계(11)는 적어도 하나의 굴절 광학계(즉, 렌즈)를 포함하는 동축 광학계이며, 전체로서 포지티브 파워를 갖는다. 절곡 미러(12)는 제1 광학계(11)에서 제2 광학계(13)로 이동하는 광의 경로(방향)를 절곡하는(변경하는) 미러이다. 제2 광학계는 파워를 갖는 적어도 하나의 반사면을 포함하고, 전체로서 포지티브 파워를 갖는다. 또한, 본 실시예에서, 제1 광학계(11)가 11개의 렌즈를 포함하는 경우가 설명된다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다.
액정 패널과 같은 광 밸브인 화상 형성 소자(80)로부터 방출된 광속(light flux)은 투사 광학계(10)의 제1 광학계(11)로 입사하고, 제1 광학계(11)를 통과한 후에 절곡 미러(12)에 의해 절곡되고, 그 다음, 제2 광학계에 의해 반사되어 스크린(90) 상에 투사된다. 화상 형성 소자(80)에 의해 형성된 화상은 제1 광학계(11) 및 제2 광학계(13)의 광 경로 상에 중간 화상으로서 형성되고, 중간 화상을 확대하여 생성된 화상이 투사되어 스크린(90) 상에 형성된다.
광축에 가까운 광은 절곡 미러(12)와 제2 광학계(13) 사이에서 중간 화상을 형성하고, 광축에서 먼 광은 제1 광학계(11)와 절곡 미러(12) 사이에서 중간 화상을 형성한다. 절곡 미러(12)를 이용하는 광로를 절곡함으로써, 광학계의 투사 거리가 광학계의 전체 거리보다 짧은 경우에도, 깊이 방향에 평행한 방향으로부터 높이 방향에 평행한 방향으로 투사 방향을 변환하는 것이 가능하다. 이런 특징으로 인하여, 스크린으로 광학계를 매입하지 않으면서 화상을 투사하는 것이 가능할 수 있다. 이 특징은 도 1의 제1 광학계의 방향과 도 4의 제1 광학계의 방향을 비교할 때 명백할 수 있다.
또한, 투사 거리가 감소될 수 있다. 이런 특징으로 인하여, 좁은 회의실 등에서도 사용하는 것이 가능할 수 있다. 또한, 다른 효과로서, 종래의 프로젝터와 달리, 발표자가 프로젝터와 스크린 사이에 있는 경우에 발표자의 그림자가 스크린 상에 투사되는 문제를 완화하는 것이 가능할 수 있다. 또한, 제1 광학계(1)에 포함된 렌즈의 일부로서 비구면 렌즈를 이용함으로써, 설계의 자유도가 확장될 수 있고, 스크린 상의 화상 형성 성능이 개선될 수 있다. 또한, 제2 광학계(13)에서 포지티브 파워를 갖는 반사 미러가 아나모픽 다항식 조정가능 곡면(anamorphic polynomial adjustable curved surface) 형상을 갖는 경우에, 각각의 화상 높이의 개별 반사 영역에 대한 반사면의 곡면 형상을 조정하는 것이 가능할 수 있으며, 따라서 수차 보정 성능을 개선할 수 있다.
또한, "아나모픽 다항식 조정가능 곡면"이라는 용어는 다음의 식 (2)에 의해 표현되는 형상이며, 여기서 투사 화상을 기준으로 하여 X 방향은 상하 방향에 대응하고, Y 방향은 좌우 방향에 대응하며, 부호 "X2, Y2, X2Y, Y3, X2Y2 등"은 계수이다.
Figure pct00002

제1 실시예에서, 제2 광학계(13)로, 오목 형상을 갖는 반사면이 이용된다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 프레넬 반사 미러 또는 홀로그램 반사 미러와 같은 광 초점 파워(효과)를 갖는 임의의 적합한 반사 광학 소자가 이용될 수 있다.
다음으로, 도 3 및 4에서 비교예를 참조하여, 본 발명의 본 실시예에 따른 투사 광학계(10)의 효과가 추가로 설명된다. 도 3은 비교예 1의 투사 광학계를 나타내는 광로도이다. 도 4는 비교예 2의 투사 광학계를 나타내는 광로도이다. 도 3 및 4의 좌표계에서, 부호 X는 스크린의 장축 방향을 나타내며, 부호 Y는 스크린의 단축 방향을 나타내고, 부호 Z는 스크린의 법선 방향을 나타낸다. 도 3 및 4를 참조하면, 비교예 1에서의 투사 광학계(10A) 및 비교예 2에서의 투사 광학계(10B)는 절곡 미러(12)가 제공되지 않는다는 점을 제외하고는, 제1 실시예의 투사 광학계(10)와 동일하다.
도 3에 도시된 투사 광학계(10A)에서, 투사 광학계(10)와 유사하게, 투사 거리는 감소될 수 있다. 그러나, 투사 거리는 더 감소되어야 하는 경우, 도 4에 도시된 투사 광학계(10B)와 유사하게, 투사 거리는 투사 광학계(10B)의 전체 길이보다 짧다. 도 4의 투사 광학계(10B)에서, 제1 광학계(11)의 일부는 스크린(90)의 우측에 배치된다. 따라서, 투사 광학계(10B)의 일부가 반드시 스크린 뒤로(으로) 매입되어 하며, 이는 사용하기 어렵게 할 수 있다.
이러한 문제는 제1 실시예에서의 투사 광학계(10)와 같이 제1 광학계(11)와 제2 광학계(13) 사이에 절곡 미러(12)를 제공함으로써 방지될 수 있다.
그러나, 절곡 미러(12)가 투사 광학계(10)에서와 같이 제공되는 경우에, "절곡 미러(12)에 의해 반사된 광이 제1 광학계(11)에 의해 차단된다"는 문제 또는 "제2 광학계(13)에 의해 반사된 광이 절곡 미러(12)에 의해 차단된다"는 문제가 빌생할 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해, 절곡 미러(12)의 위치를 적절하게 결정하는 것이 필요할 수 있다.
즉, 후술되는 d1 및 d2를 포함하는 파라미터를 적절하게 결정하는 것이 필요할 수 있다. d1 및 d2를 포함하는 파라미터의 값은 절곡 구조가 이용될 수 있는지, 성능이 유지될 수 있는지 등을 고려하여, 그리고 렌즈 데이터에 기초하여 적절하게 결정되는 것이 요구된다.
다음으로, 도 5를 참조하여, d1 및 d2를 포함하는 파라미터를 적절하게 결정하는 방법이 설명된다. 도 5는 파라미터를 나타내는 (제1) 도면이고, 제1 광학계(11)의 부근에서의 확대도이다. 도 5의 좌표계에서, 부호 X는 스크린의 장축 방향을 나타내며, 부호 Z는 스크린의 단축 방향을 나타내고, 부호 Y는 스크린의 법선 방향을 나타낸다. 도 5를 참조하여, 참조 번호(91, 92)는 광의 각도를 나타내는 보조(추가)선을 나타낸다(이하, 각각 보조선(91, 92)이라 한다). 구체적으로는, 보조선(91)은 제1 광학계(11)의 광축에 직교하는 선이고, 보조선(92)은 제1 광학계(11)의 광축에 평행한 선이다.
도 5에서, 파라미터(거리) D1은 광(95)으로부터의 법선 방향으로의 점(96)과 광(95) 사이의 거리를 나타내고,, 광(95)은 절곡 미러(12)의 외부 단부(12a, 12b) 중 제1 광학계(11)에 더 가까운 외부 단부(12a)에 가장 가까운 위치에서 절곡 미러(12)에 의해 반사되었으며, 점(96)은 제1 광학계(11)의 표면과 제1 광학계(11)의 광축의 교점이고, 표면은 광(95)에 가장 가깝다. 한편, 파라미터(거리) D2는 제1 광학계(11)의 광축으로부터의 법선 방향으로의 외부 단부(12b)와 광(97) 사이의 거리를 나타내고, 광(97)은 제2 광학계(13)에 의해 반사되었고 절곡 미러(12)의 외부 단부(12a, 12b) 중에서 제1 광학계(11)로부터 더 먼 외부 단부(12b)에 가장 가까우며, 외부 단부(12b)는 제1 광학계(11)로부터 더 멀다.
그 다음, 부호 d1 및 d2가 각각 D1 및 D2를 초점 거리 f로 나누어 주어지고(즉, d1 = D1/f, d2 = D2/f), 파라미터 d1은 아래의 식 (3)으로 표현된다.
Figure pct00003

식 (3)에서, 부호 l1은 제1 광학계(11)에서의 표면과 외부 단부(12a) 사이의 제1 광학계(11)의 광축 방향으로의 거리를 나타내며, 표면은 절곡 미러(12)에 가장 가까우며, 외부 단부(12a)는 절곡 미러(12)의 외부 단부(12a, 12b) 중 제1 광학계(11)에 더 가깝다; 부호 f는 제1 광학계(11)의 초점 거리를 나타낸다; 부호 θ1은 보조선(92)(즉, 제1 광학계(11)의 광축 방향)에 대한 광의 방출 각도를 나타내며, 광은 절곡 미러(12)의 외부 단부(12a, 12b) 중 외부 단부(12a)에 가장 가까운 위치에서 절곡 미러(12)에 의해 반사되고, 절곡 미러(12)에 가장 가까운 표면으로부터 방출되며, 표면은 제1 광학계(12)에 구비된다; 부호 θ2는 보조선(91)(즉, 제1 광학계(1)의 광축의 법선 방향)에 대한 절곡 미러(12)의 각도를 나타낸다; 그리고, 부호 θ3는 보조선(92)(즉, 제1 광학계(11)의 광축 방향)에 대한 선의 각도를 나타내며, 선은 외부 단부(12a)와 점(96)을 연결하며, 외부 단부(12a)는 절곡 미러(12)의 외부 단부(12a, 12b) 중 제1 광학계(11)에 더 가까우며, 점(96)은 제1 광학계(11)의 표면과 제1 광학계(11)의 광축의 교점이며, 표면은 절곡 미러(12)에 가장 가깝다.
먼저, 파라미터 d1을 결정하는 방법이 설명된다. 도 6은 거리 D1이 도 1의 투사 광학계 내의 음의 값인 경우를 나타내는 광로도이다. 도 7은 도 6의 일부를 확대한 광로도이다. 도 6 및 7의 좌표계에서, 부호 X는 스크린의 장축 방향을 나타내며, 부호 Z는 스크린의 단축 방향을 나타내고, 부호 Y는 스크린의 법선 방향을 나타낸다. 도 6 및 7을 참조하면, 절곡 미러(12)에 의해 반사된 광은 제1 광학계(11)에 의해 차단된다. 반면에, 거리 D1이 양의 값인 경우에, 절곡 미러에 의해 반사된 광은 제1 광학계(11)에 의해 차단되지 않는다.
따라서, 0 ＜ D1인 경우가 바람직할 수 있다. 그러나, 투사 광학계(10)의 부품의 실제 조립이 고려되는 경우에, 0 ＜ D1인 경우는 불충분할 수 있고, 10 mm ≤ D1인 경우가 바람직하다. 예를 들어, 후술되는 예 1의 표 1에 나타난 바와 같이 f = 23.5 mm인 경우에, D1 = 10 mm인 경우 d1 = D1/f에 기초하여 d1 = 0.43이 얻어진다. 따라서, 0.43 ≤ d1이 바람직하다.
그러나, 단순히 d1의 값을 조절하는 것은 충분하지 않을 수 있다. 즉, 중요한 것은 렌즈의 표면 형상 및 절곡 미러(12)에 의해 반사된 광과 렌즈 사이의 위치 관계이다. 예를 들어, 비구면에서 표면 형상의 변화가 클 때, d1의 조건이 만족되지만 광과 렌즈 사이의 거리가 너무 짧은 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에, 파라미터 d1이 아닌 다른 파라미터 d3를 이용하여 조절하는 것이 바람직할 수 있다.
도 8은 파라미터를 나타내는 (제2) 도면이다. 도 8의 좌표계에서, 부호 X는 스크린의 장축 방향을 나타내며, 부호 Z는 스크린의 단축 방향을 나타내고, 부호 Y는 스크린의 법선 방향을 나타낸다. 도 8에서, 부호 θ4는 보조선(92)(즉, 제1 광학계(11)의 광축 방향)에 대한 선(99)의 각도를 나타내며, 선(99)은 외부 단부(12a)로부터 제1 광학계(11) 내에서의 표면의 점까지의 접선이며, 외부 단부(12a)는 절곡 미러(12)의 외부 단부(12a, 12b) 중 제1 광학계(12b)에 더 가까우며, 표면은 절곡 미러(12)에 가장 가깝다; 그리고, 부호 D3는 광(95)과 표면에서의 점 사이의 광(95)의 법선 방향으로의 거리를 나타내며, 광(95)은 절곡 미러(12)의 외부 단부(12a, 12b) 중 제1 광학계(11)에 더 가까운 외부 단부(12a)에 가장 가까운 점에서 절곡 미러(12)에 의해 반사되었다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 광학계(11)에서의 절곡 미러(12)에 가장 근접한 부분에서, 비구면에서 표면 형상의 변화가 큰 경우(즉, d3 ＜ d1인 경우), 투사 광학계의 부품의 실제 조립이 고려되는 때에, 10 mm ＜ D3인 것이 바람직하다.
그 다음, D3를 초점 거리 f로 나누어 d3가 주어지는 경우에(즉, d3 = D3/f), 파라미터 d3는 아래의 식 (4)로 표현된다.
Figure pct00004

예를 들어, 후술되는 예 1의 표 1에 f = 23.5 mm로 나타내는 경우에, D1 = 10 mm인 경우 d3 = 0.43이 d3 = D3/f에 기초하여 얻어진다. 따라서, 0.43 ≤ d1이 바람직하다. 또한, d3 < d1의 관계가 항상 만족되어, 0.43 ≤ d3의 관계가 만족되는 경우에, 0.43 ≤ d1의 관계가 만족된다. 즉, 비구면에서 표면 형상의 변화가 큰 경우에(즉, d3 ＜ d1인 경우에), d1 대신에 d3를 조절하는 것이 필요하고, 0.43 ≤ d1의 관계가 만족되는 것이 바람직하다.
다음으로, 파라미터 d2를 결정하는 방법이 기술된다. 도 9는 거리 D2가 도 1의 투사 광학계의 음의 값인 경우를 나타내는 광로도이다. 도 10은 도 9의 일부가 확대된 광로도이다. 도 9 및 10의 좌표계에서, 부호 X는 스크린의 장축 방향을 나타내며, 부호 Z는 스크린의 단축 방향을 나타내고, 부호 Y는 스크린의 법선 방향을 나타낸다. 도 9 및 10을 참조하여, 절곡 미러(12)의 유효 직경φ1은 제1 광학계로부터의 절곡 미러(12) 상으로 입사하는 광의 확산 범위에 따라 결정된다. 도 9 및 10의 실시예에서, 제2 광학계(13)에 의해 반사된 광은 절곡 미러(12)에 의해 차단된다. 또한, 제2 광학계(13)는 광학계(11)와 절곡 미러(12) 사이에 배치된다. 문제를 방지하기 위해, 거리 D2를 적절히 선택하는 것이 필요할 수 있다.
구체적으로, 0 < D2인 경우가 바람직할 수 있다. 그러나, 투사 광학계의 부품의 실제 조립이 고려되는 경우에, 0 < D2인 경우는 불충분할 수 있고, 10 mm ≤ D2인 경우가 바람직하다. 예를 들어, 후술되는 예 1의 표 1에 f = 23.5 mm로 나타내는 경우에, D2 = 10 mm인 경우 d2 = 0.43이 d1 = D1/f에 기초하여 얻어진다. 따라서, 0.43 ≤ d2가 바람직하다.
전술된 바와 같이, d1 및 d2를 포함하는 파라미터의 적절한 값은 절곡 구조가 형성될 수 있는지, 성능이 유지될 수 있는지 등을 고려하여, 그리고 렌즈 데이터에 기초하여 결정되는 것이 요구된다. 또한, 0.43 ≤ d1 및 0.43 ≤ d2 인 경우가 바람직하다. 그러나, d1 및 d2의 상한 값은 도 11에 도시된 l2의 값에 기초하여 결정된다. 또한, d1 및 d2의 사이에는 하나가 증가되고 다른 하나가 그에 따라 감소되는 관계가 있다. 또한, d1 및 d2의 상한 값을 결정하는 것이 필요할 수 있다. 또한, 도 11은 거리 l2를 나타내는 도면이며, 도 1의 제1 광학계(11) 및 제2 광학계(13) 근처 부분을 확대한 것이고, 절곡 미러(12)를 제거하여, 도 11은 광이 일직선으로 이동하는 상태를 도시한다.
도 5 내지 11을 참조하여, 부호 l2는 제1 광학계(11) 내에서의 표면으로부터 제2 광학계(13)까지 광(88)이 이동한 거리를 나타내며, 광(98)은 절곡 미러(12)의 외부 단부(12a, 12b) 중 제1 광학계(11)로부터 더 먼 외부 단부(12b)에 가장 가까운 위치에서 절곡 미러(12)에 의해 반사되고, 표면은 절곡 미러(12)에 가장 가깝다.
예를 들어, 아래에 기술되는 예 1의 표 1에서 f = 23.5 mm로 나타내는 경우에, 전술한 바와 같이, d1 = 0.43이 계산되어 d2 = 0.85가 얻어진다. 이 값은 d2의 상한 값이다. 동일한 방식으로, d2 = 0.43이 계산되면, d1 = 0.66이 얻어진다. 이 값은 d1의 상한 값이다. 따라서, 0.7 ≤ d2/d1 ≤ 2.0이 바람직하다. 또한, l2의 값이 클수록, d1 및 d2의 선택의 자유도가 확장될 것이다.
또한, l2에 대한 적절한 값을 결정하는 것이 바람직하다. 적절한 값의 l2를 결정함으로써, 투사 광학계가 실제 크기를 가지게 하고, 충분한 성능을 보장하는 것이 가능할 수 있다.
이하, 거리 l2를 결정하는 방법이 설명된다. 도 12는 l2를 결정하는 방법을 도시하는 (제1) 광로도이다. 도 13은 l2를 결정하는 방법을 도시하는 (제2) 광로도이다. 도 12 및 도 13의 좌표계에서, 부호 X는 스크린의 장축 방향을 나타내며, 부호 Y는 스크린의 단축 방향을 나타내고, 부호 Z는 스크린의 법선 방향을 나타낸다. 여기서, 간소화 목적을 위해, 본 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 절곡 미러(14)를 갖지 않는 광학계를 이용하는 것을 기술한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제2 광학계(13)가 제2 광학계(23)의 위치로 이동된다고 가정된다. 달리 말해서, 투사 거리 및 투사 크기는 변하지 않는 동안, 거리 l2가 감소한다고 가정된다. 위치 변경으로 인해, 광로는 도 12에서 실선에서 점선으로 변경된다. 이는, 예를 들어, 제2 광학계(23)에서 포지티브 파워를 갖는 반사 미러가 아나모픽 다항식 조정가능 곡면 형상을 갖는 경우에, 제2 광학계(23)에서의 조정가능 곡면 형상을 갖는 반사 미러의 사용가능한 영역이 제2 광학계(13)의 조정가능 곡면 형상을 갖는 반사 미러의 사용가능한 영역보다 더 좁아지기 때문이다. 조정가능 곡면 형상을 갖는 반사 미러는 화상 높이에 대응하는 반사 영역 각각에 대한 반사면의 곡면 형상을 조정하는 것에 의한 수차 보정을 허용한다. 따라서, 조정가능 곡면 형상을 갖는 반사 미러의 사용가능한 영역이 더 좁아질수록, 수정 보정을 더 어려워질 수 있고, 성능은 더 열화될 수 있다.
다음으로, 조정가능 곡면 형상을 갖는 반사 미러의 더 좁은 사용가능한 범위에 기인하는 성능 열화의 방지기 설명된다. 이를 위해서, 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 광학계(23)의 사용(도 12) 대신에, 더 좁은 사용가능한 범위의 반사 미러를 갖는 제2 광학계(33)가 사용된다. 도 13의 광로에 도시된 바와 같이, 제1 광학계(11)를 통한 광로의 각도는 타이트해질 것이다. 이는 제1 광학계(11)가 후술되는 예 1의 경우보다 높은 파워를 갖는 것을 의미하며, 이는 수차를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 이 경우에서의 성능도 열화될 수 있다.
전술한 바와 같이, 거리 l2가 감소되는 경우에, 성능이 열화될 수 있다. 따라서, l2의 하한을 결정하는 것이 필요할 수 있다. 발명자의 연구 결과로서, 파라미터가 후술되는 예 1의 표 1에 나타낸 바와 같이, 해당하는 값을 갖는 경우에 충분한 성능이 보증될 수 있다(즉, 6.3 ≤ l2/f). 한편, 거리 l2가 증가되는 경우에, 투사 광학계의 크기는 이에 따라 증가되고, 이는 성능 열화의 원인이 될 수 있다. 따라서, l2의 상한을 결정하는 것이 바람직하다. 발명자의 연구 결과로서, l2/f ≤ 9.0인 경우에 투사 광학계가 실용적인 크기를 가지고 충분한 성능이 보장된다는 것을 확인한다. 상기 연구 결과로서, 6.3 ≤ l2/f ≤ 9.0이 바람직하다.
한편, 각도 θ2가 증가되는 경우에, 절곡 구조는 더 용이하게 형성될 수 있지만, 투사 광학계의 크기는 이에 따라 증가될 수 있다. 크기의 관점으로부터, 45°≤ θ2 ≤ 60°가 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투사 광학계에서, 제1 광학계와 제2 광학계 사이에 절곡 미러를 배치함으로써, 투사 거리가 투사 광학계의 전체 길이보다 짧은 경우에도, 깊이 방향에서 높이 방향으로 투사 방향을 변경하는 것이 가능하게 될 수 있다. 그 결과, 스크린 뒤에 매입되지 않는 프로젝터와 같은 화상 투사 장치를 사용하는 것이 가능하게 될 수 있다.
또한, 관계식 "0.43 ≤ d1, 0.43 ≤ d2 및 0.43 ≤ d2/d1 ≤ 2.0"의 관계가 만족되는 방식으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 투사 광학계의 파라미터인 d1 및 d2의 값을 결정함으로써, 절곡 미러에 의해 반사된 광이 제1 광학계에 의해 차단되는 문제 및 제2 광학계에 의해 반사된 광이 절곡 미러에 의해 차단되는 문제를 방지하는 것이 가능하게 될 수 있다. 또한, d3 < d1인 경우에, "0.43 ≤ d3"가 되도록 d3의 값을 결정함으로써, 상기 문제들을 방지하는 것이 가능하게 될 수 있다.
또한, "6.3 ≤ l2/f ≤ 9.0"의 관계가 만족되는 방식으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 투사 광학계의 파라미터인 l2의 값을 결정함으로써, 투사 광학계가 실용적인 크기를 가지게 하고 투사 광학계가 광학계로서 충분한 성능을 가지는 것을 보증하는 것이 가능하게 될 수 있다.
또한, "45°≤ θ2 ≤ 60°"의 관계가 만족되는 방식으로 절곡 미러의 각도 θ2의 값을 결정함으로써, 투사 광학계가 실용적인 크기를 가지게 하고 성능을 상당히 열화시키지 않으면서 절곡 구조를 용이하게 형성하게 하는 것이 가능하게 될 수 있다. 달리 말해서, 절곡 미러에 의해 반사된 광이 제1 광학계에 의해 차단되는 문제 및 제2 광학계에 의해 반사된 광이 절곡 미러에 의해 차단되는 문제를 방지하기 위한 위치에 절곡 미러를 배치하는 자유도를 증가시키는 것이 가능하게 될 수 있다.
또한, 스크린 상의 위치에 화상 형성된 광속은 제2 광학계 내에서의 각각의 화상 높이에 대한 국부 반사 영역에 대응한다. 따라서, 제2 광학계의 표면 형상이 조정가능 곡면 형상이 되게 하고, 화상 높이에 대응하는 반사 영역에 대하여 반사면의 곡면 형상을 조정함으로써, 수차를 가장 효율적으로 보정하는 것이 가능하게 될 수 있어, 성능 개선을 가능하게 한다.
또한, 제1 광학계가 비구면 형상의 굴절면을 가지게 함으로써, 제1 광학계의 자유 정도를 증가시키는 것이 가능하게 될 수 있고, 이는 더 높은 성능을 갖는 투사 광학계를 실현하는 것을 허용한다.
또한, 절곡 미러로서 평면 미러를 사용함으로써, 비구면 형상 또는 조정가능 곡면 형상을 갖는 미러의 경우에 비해 비용을 감소시키는 것이 가능하게 될 수 있다.
또한, 제1 광학계를 동축 시스템으로 함으로써, 조립을 더 용이하게 하는 것이 가능하게 될 수 있다.
다음으로, 예들이 설명된다.
[예 1]
예 1에서, d1 = 0.49 및 d2 = 0.77를 가정한다. 다른 파라미터의 값은 아래의 표 1에 나타낸다. 표 1에서, l1, l2 및 f의 단위는 "mm"이고, θ1, θ2 및 θ3의 단위는 도(°)이다.
파라미터 값
l1 30.1
l2 148.0
f 23.5
θ1 30.0
θ2 45.0
θ3 44.0
d1 및 d2의 값 및 표 1의 값에 따라, d2/d1 = 1.6, l2/f = 6.3 및 θ2 = 45°가 얻어지고, 모두 "0.43 ≤ d1, 0.43 ≤ d2 및 0.7 ≤ d2/d1 ≤ 2.0, 6.3 ≤ l2/f ≤ 9.0 및 45°≤ θ2 ≤ 60°"의 관계(조건)를 만족한다.
다음으로, 후술되는 표 2는 예 1에서의 데이터를 예시한다.
Figure pct00005
표 2에서, "표면 번호(surface number)"는 렌즈의 표면에 할당된 번호를 지칭하고고, 물체 측으로부터 증가한다. 특히, 화상 형성 소자(80)의 하나의 표면(제1 광학계(11)로부터 더 먼 표면)은 0번째 표면을 지칭한다. 화상 형성 소자(80)의 다른 표면은 첫 번째 표면을 지칭한다. 화상 형성 소자(80) 측으로부터의 제1 광학계(11)의 표면은 세 번째 표면 내지 24 번째 표면을 지칭한다. 절곡 미러(12)는 25 번째 표면을 지칭한다. 제2 광학계(13)는 26 번째 표면을 지칭한다. 스크린(90)은 27번째 표면을 지칭한다. "곡률 반경(curvature radius)"은 표면 번호를 갖는 표면의 곡률 반경을 지칭한다. "표면 간격(surface intercal)"은 번호가 붙여진 표면으로부터 다음 표면까지의 축 상의 거리를 지칭한다. "굴절률(refractive index)"은 대응하는 표면 번호의 표면과 다음 표면 번호의 표면 사이에 형성된 렌즈의 굴절률을 지칭한다. "분산(dispersion)"은 굴절률과 함께 d 선의 값인 아베수(Abbe number)로서 표현된다. "시프트(shift)"는 시프트 편심량을 지칭하고, "틸트(tilt)"는 틸트 편심량을 지칭한다. 곡률 반경, 표면 간격 및 시프트 편심량의 측정 단위는 "mm"이고, 틸트 편심량의 측정 단위는 "°"이다. 또한, 시프트 및 틸트의 부호에 대하여, + 부호는 Y축 방향의 양의 방향에 대한 시프트에 사용되고, + 표시는 X 축 주위의 반시계 방향에 대한 틸트에 사용된다. 또한, 상기 내용이 아래의 예에 적용된다.
4 번째, 5 번째, 20 번째, 21 번째, 22 번째 및 23 번째 표면에 사용되는 비구면은 회전 대칭 비구면이다. 그러나, 비대칭 비구면이 사용될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 업계에 알려진 바와 같이, 회전 대칭 비구면은 비구면 식 "Z = Cㆍr2/[1 + √{1 - (1 + k)c2r2}] + Ar2 + Br4 + Cr8 + ..."에 의해 정해지며, 여기서 "Z"는 광축의 깊이를 나타내며, "c"는 근축(paraxial) 곡률 반경을 나타내며, "r"은 축 방향에 직교하는 방향으로의 광축으로부터의 거리를 나타내고, "k"는 코니컬 계수를 나타낸다. "A", "B", "C",...는 고차 비구면 계수를 나타낸다. 형상은 k, A, B, C 등의 값을 결정함으로써 특정된다. 또한, 상기 내용은 아래의 예들에 적용된다.
표 3은 예 1의 비구면의 계수를 나타낸다.
Figure pct00006
표 4는 예 1에서의 다항식 조정가능 곡면의 계수를 나타낸다. 다항식 조정가능 곡면의 계수는 상기 식 (2)에 대응한다.
Figure pct00007
도 14는 예 1에서의 스크린 상에 최종적으로 얻어진 예시적인 해상 성능을 나타낸다. 도 14의 결과로서, 화상 형성 소자(80)로서 패널이 0.54 인치의 대각 크기를 갖고 3:4의 종횡비를 나타낸다. 배율은 대략 111.1배이다. 화상 형성 소자(80)로부터 사출광의 f-번호는 f/2.5이다. 도 14에 따라서, 0.42 사이클/mm의 평가 주파수에서 MTF 값은 50% 이상이다. 거리 l2를 더 감소시킴으로써, MTF의 개선이 기대될 수 있다. 그러나, 예 1의 광학계에서, 거리 l2가 148mm 이하로 감소하는 경우에, 절곡 구조는 얻어질 수 없다. 즉, 절곡 미러에 의해 반사된 광은 제1 광학계(11)에 의해 차단될 수 있거나, 또는 제2 광학계(13)에 의해 반사된 광은 절곡 미러(12)에 의해 차단될 수 있다. 또한, 평가 주파수는 평가될 백색(흑색) 영역의 크기에 기초하여 결정된 값이다.
[예 2]
예 1에서는, d1 = 0.49 및 d2 = 0.77을 가정한다. 반면, 예 2에서, d1 = 0.83 및 d2 = 0.72를 가정한다. 예 2에서, 예 1과 동일한 요소에 대한 설명은 생략될 수 있다. d1 및 d2가 아닌 파라미터 및 그의 값이 표 5에서 설명된다. 표 5에서, l1, l2 및 f의 측정 단위는 "mm"이고, θ1, θ2 및 θ3의 측정 단위는 도(°)이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 예 2에서, 거리 l2는 160 mm이며(l2 = 160 mm), 이는 예 1의 148 mm인 거리 l2보다 더 크다.
파라미터 값
l1 39.6
l2 160.0
f 25.1
θ1 27.5
θ2 45.0
θ3 38.1
d1 및 d2의 값 및 표 5의 값에 따라, d2/d1 = 0.9, l2/f = 6.4 및 θ2 = 45°가 얻어지고, 모두 "0.43 ≤ d1, 0.43 ≤ d2 및 0.7 ≤ d2/d1 ≤ 2.0, 6.3 ≤ l2/f ≤ 9.0 및 45°≤ θ2 ≤ 60°"의 관계(조건)를 만족한다.
다음으로, 후술되는 표 6은 예 2에서의 데이터를 예시한다.
Figure pct00008
실시예 1과 유사하게, 4 번째, 5 번째, 20 번째, 21 번째, 22 번째 및 23 번째 표면에 사용되는 비구면은 회전 대칭 비구면이다. 그러나, 비대칭 비구면이 사용될 수 있다.
표 7은 실시예 2의 비구면의 계수를 나타낸다.
Figure pct00009
표 8은 예 2에서의 다항식 조정가능 곡면의 계수를 나타낸다. 다항식 조정가능 곡면의 계수는 상기 식 (2)에 대응한다.
Figure pct00010
도 15는 예 2에서의 스크린 상에 최종적으로 얻어진 예시적인 해상 성능을 나타낸다. 도 15의 결과로서, 화상 형성 소자(80)로서 패널이 0.54 인치의 대각 크기를 갖고 3:4의 종횡비를 나타낸다. 배율은 대략 111.1배이다. 화상 형성 소자(80)로부터 사출광의 f-번호는 f/2.5이다. 도 14에 따라서, 0.42 사이클/mm의 평가 주파수에서 MTF 값은 대략 40%이며, 이는 예 1보다 더 나쁘다. 이는 예 1의 거리 l2가 예 1의 거리 l2보다 더 크기 때문이다. 거리 l2를 더 증가시킴으로써, 절곡 구조를 더 용이하게 얻는 것이 가능하게 될 수 있다. 그러나, MTF는 더 나빠질 수 있다. 또한, 광학계의 크기는 증가될 수 있다. 따라서, "6.3 ≤ l2/f ≤9.0"의 관계가 만족되는 범위 내에서 거리 l2를 결정하는 것이 필요할 수 있다. 또한, 평가 주파수는 평가된 백색(흑색) 영역의 크기에 기초하여 결정된 값이다.
[예 3]
예 1 및 2에서는, θ2 = 45°라 가정한다. 그러나, 예 3에서, θ2 = 60°라 가정한다. 예 3에서, 예 1과 동일한 요소에 대한 설명이 생략될 수 있다.
도 16은 예 3의 투사 광학계를 나타내는 광로도이다. 도 16의 좌표계에서, 부호 X는 스크린의 장축 방향을 나타내고, 부호 Z는 스크린의 단축 방향을 나타내고, 부호 Y는 스크린의 법선 방향을 나타낸다. 도 16을 참조하면, 투사 광학계(20)는 절곡 미러의 각도 θ2가 60°(θ2 = 60°)인 것을 제외하고는 예 1 및 2의 투사 광학계(10)와 동일하다.
예 3에서, d1 = 0.77 및 d2 = 0.85라 가정한다. 또한, 예 3에서, 표 1의 파라미터 및 그의 값이 이용된다. 즉, 예 1과 유사하게, l2 = 148 mm라 가정한다. 이와 같이 하는 것에 따라, 절곡 미러의 각도를 조정함으로써, 거리 l2를 변경하지 않고 절곡 구조를 용이하게 얻는 것이 가능하게 될 수 있다. 그러나, 이와 같이 할 때, 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 광학계(11)는 Z축에 대하여 경사질 것이고, 그 결과, Y축 방향으로의 광학계의 크기는 증가될 수 있다. 따라서, "45°≤ θ2 ≤ 60°"의 관계가 만족되는 범위 내에서 각도 θ2를 결정하는 것이 필요할 수 있다. 바람직하게, 각도 θ2는 45°에 더 가깝다.
d1 및 d2의 값 및 표 1의 값에 따라, d2/d1 = 1.1, l2/f = 6.3 및 θ2 = 60°가 얻어지고, 모두 예 1에서 설명된 "0.43 ≤ d1, 0.43 ≤ d2 및 0.7 ≤ d2/d1 ≤ 2.0, 6.3 ≤ l2/f ≤ 9.0 및 45°≤ θ2 ≤ 60°"의 관계(조건)를 만족한다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투사 광학계를 포함하는 화상 투사 장치가 설명된다. 제2 실시예에서, 제1 실시예와 동일한 요소에 대한 설명은 생략된다.
도 17은 제2 실시예에 따른 화상 투사 장치를 개략적으로 나타낸다. 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 투사 장치(50)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투사 광학계(10), 조명 광학계(60), 분리 유닛(70) 및 화상 형성 소자(80)를 포함한다.
조명 광학계(60)는, 광원(61)과, 예를 들어, 광원(61) 근처에 배치된 반사기(62)(광원(61)과 일체화될 수 있다)와, 릴레이 렌즈(63 및 64)와, 반사기(62)에 의해 반사된 광속을 균일화하고 방향성을 갖는 조명 균일화 유닛(65)(인테그레이터(integrator) 광학계라 함)을 포함하며, 균일한 조명 분포가 화상 형성 소자(80)의 표면에서 얻어진다. 광원(61)으로서, 할로겐 램프, 크세논 램프, 금속 할라이드 램프, 초고압 수은 램프, LED 등이 사용될 수 있다.
조명 광학계(60)는 조명광을 컬러화하기 위한 컬러 휠(color wheel)(66)을 더 포함할 수 있어서, 화상 형성 소자(80)의 화상을 동기화 제어하여, 컬러 화상이 투사될 수 있다. 반사형 액정 화상 형성 장치가 화상 형성 소자(80)로 사용되는 경우에, 투사 광로로부터 조명 광로를 분리한 분리 유닛(70)을 이용함으로써, 조명 효율을 개선하는 것이 가능하게 될 수 있다. 한편, DMD 패널이 화상 형성 소자(80)로서 사용되는 경우에, 전반사 프리즘 등을 이용한 광로 분리가 이용된다. 전술한 바와 같이, 화상 형성 소자(80)의 종류에 따라 달라지는 적합한 광학계가 이용될 수 있다.
또한, 예를 들어, 컬러 필터를 통과한 조명광이 방사되도록 적색, 녹색 및 청색에 대한 복수의 화상 형성 장치(80)가 제공될 수 있다. 또한, 컬러 합성 유닛에 의해 합성된 광이 투사 광 시스템(10) 상으로 입사될 수 있다. 이렇게 함으로써, 스크린(90) 상에 컬러 화상을 투사하는 것이 가능하게 될 수 있다. 또한, 투사 광학계(10)를 사용하는 대신에, 투사 광학계(20)가 사용될 수 있다.
화상 투사 장치(50)에서, 화상 형성 장치(80)는 변조 신호에 기초하여 화상을 형성한다. 광원(61)으로부터 조명광은 화상 형성 장치(80)로 방사되고, 화상 형성 장치(80) 상에 형성된 화상이 확대되어 투사 광학계(10)에 의해 스크린(90) 상에 투사된다.
본 발명이 완전하고 명확한 개시를 위해 특정 실시예에 대해 설명되었지만, 첨부된 특허청구범위는 이것으로 제한되지 아니하며, 본 명세서에 제시된 기본적인 교시 내에 명확하게 포함되는, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 수행할 수 있는 모든 변형 및 대체 구성을 구체화하는 것으로 고려되어야한다.
본 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 편입되는 2010년 5월 18일에 출원된 일본 특허 출원 2010-114662호의 우선권에 기초로 하고 있으며, 그 우선권의 이익을 주장한다.
10, 10A, 10B, 20: 투사 광학계
11: 제1 광학계
12: 절곡 미러
12a, 12b: 외부 단부
13: 제2 광학계
50: 화상 투사 장치
60: 조명 광학계
61: 광원
62: 반사기
63, 64: 릴레이 렌즈
65: 조명 균일화 유닛
66: 컬러 휠
70: 분리 유닛
80: 화상 형성 소자
90: 스크린
91, 92: 보조선
95, 97, 98: 광
96: 점
D1, D2, D3, l1, l2: 거리
θ1, θ2, θ3, θ4: 각도
φ1: 직경

Claims (9)

  1. 피투사면 상에 화상을 투사하는 투사 광학계에 있어서,
    적어도 하나의 굴절 광학계를 포함하고 전체로서 포지티브 파워를 갖는 제1 광학계;
    절곡 미러; 및
    파워를 갖는 적어도 하나의 반사면을 포함하고 전체로서 포지티브 파워를 갖는 제2 광학계
    를 포함하고,
    상기 절곡 미러는, 상기 제1 광학계의 광축과 상기 피투사면의 법선을 포함하는 평면에서, 상기 제1 광학계로부터 상기 제2 광학계로의 광로를 절곡하고,
    0.43 ≤ d1;
    0.43 ≤ d2; 및
    0.7 ≤ d2/d1 ≤ 2.0
    의 조건식이 만족되며,
    d1은
    Figure pct00011

    로 표현되고,
    여기에서,
    부호 f는 상기 제1 광학계의 초점 길이를 나타내고;
    부호 d1은 거리를 상기 제1 광학계의 상기 초점 길이 f로 나누어 얻어진 값을 나타내고, 상기 거리는 상기 광으로부터 법선 방향으로의 점과 광 사이의 거리이고, 상기 광은 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부에 가장 가까운 위치에서 상기 절곡 미러에 의해 반사되고, 상기 점은 상기 제1 광학계 내의 표면과 상기 제1 광학계의 광축의 교점이고, 상기 표면은 상기 광에 가장 가깝고;
    부호 d2는 거리를 상기 제1 광학계의 상기 초점 길이 f로 나누어 획득된 값을 나타내고, 상기 거리는 상기 제1 광학계의 광축으로부터의 법선 방향으로 상기 절곡 미러의 외부 단부와 광 사이의 거리이고, 상기 외부 단부는 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계로부터 더 먼 외부 단부이고, 상기 광은 상기 제2 광학계에 의해 반사되었고 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계로부터 더 먼 외부 단부에 가장 가깝고;
    부호 l1은 상기 제1 광학계의 광축 방향으로 상기 제1 광학계 내의 표면과 상기 절곡 미러의 외부 단부 사이의 거리를 나타내며, 상기 표면은 상기 절곡 미러에 가장 근접하고, 상기 외부 단부는 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부이고;
    부호 θ1은 상기 광축 방향에 대한 광의 방출 각도를 나타내며, 상기 광은 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부에 가장 가까운 위치에서 상기 절곡 미러에 의해 반사되어 상기 절곡 미러에 가장 가까운 표면으로부터 방출되며, 상기 표면은 제1 광학계 내에 구비되며;
    부호 θ2는 상기 광축의 법선 방향에 대한 상기 절곡 미러의 각도를 나타내고;
    부호 θ3는 광축 방향에 대한 선의 각도를 나타내며, 상기 선은 외부 단부와 점 사이를 연결하며, 상기 외부 단부는 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부이고, 상기 점은 상기 제1 광학계 내의 표면과 상기 제1 광학계의 광축의 교점이고, 상기 표면은 상기 절곡 미러에 가장 가까운,
    투사 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    0.43 ≤ d3,
    의 조건식이 만족되며,
    d3은
    Figure pct00012

    로 표현되며,
    여기서,
    부호 θ4는 상기 제1 광학계의 상기 광축 방향에 대한 선의 각도를 나타내며, 상기 선은 외부 단부에서 상기 제1 광학계 내에서의 표면의 점까지의 접선이며, 상기 외부 단부는 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부이고, 상기 표면은 상기 절곡 미러에 가장 가깝고;
    부호 d3는 거리를 상기 제1 광학계의 상기 초점 거리 f로 나누어 얻어진 값을 나타내며, 상기 거리는 광과 상기 광의 법선 방향으로의 상기 표면의 점 사이의 거리이고, 상기 광은 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계에 더 가까운 외부 단부에 가장 가까운 점에서 상기 절곡 미러에 의해 반사되었고, 상기 점은 상기 접선과 상기 제1 광학계의 상기 표면 사이의 교점이며, 상기 표면은 상기 절곡 미러에 가장 가까운,
    투사 광학계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    6.3 ≤ l2/f ≤ 9.0
    의 조건식이 만족되며,
    여기서,
    l2는 상기 제1 광학계 내의 표면으로부터 상기 제2 광학계까지의 광의 거리를 나타내며, 상기 광은 상기 절곡 미러의 외부 단부 중 상기 제1 광학계로부터 더 먼 외부 단부에 가장 가까운 위치에서 상기 절곡 미러에 의해 반사되며, 상기 표면은 상기 절곡 미러에 가장 가까운,
    투사 광학계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 광학계의 상기 반사면은 조정가능한 곡면인,
    투사 광학계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 굴절 광학계는 비구면 형상의 굴절면을 포함하는,
    투사 광학계.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절곡 미러는 평면 미러인,
    투사 광학계.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 광학계는 동축 시스템인,
    투사 광학계.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 θ2는 45°≤ θ2 ≤ 60°의 범위 이내인,
    투사 광학계.
  9. 광원으로부터의 조사광이 화상이 변조 신호에 기초하여 형성되는 화상 형성 소자 상으로 투사되고, 상기 화상 형성 소자 상에 형성된 상기 화상이 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 투사 광학계를 이용하여 피투사면으로 확대 투사되는,
    화상 투사 장치.
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