KR20140043636A

KR20140043636A - 초광각 투사 광학계 및 이를 구비한 화상 투사 장치

Info

Publication number: KR20140043636A
Application number: KR1020120109724A
Authority: KR
Inventors: 기무라 ?스케
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-04-10

Abstract

공간 변조 소자에서 형성된 화상을 만곡된 스크린에 투사하는 본 발명에 의한 초광각 투사 광학계는, 정의 굴절력을 갖는 제1회전대칭 렌즈군; 조리개; 정의 굴절력을 갖는 제2회전대칭 렌즈군; 비대칭 렌즈군; 및 비대칭 미러;를 포함하며, 상기 제1회전대칭 렌즈군, 상기 조리개, 상기 제2회전대칭 렌즈군, 상기 비대칭 렌즈군, 및 상기 비대칭 미러는 상기 공간 변조 소자에서부터 상기 순서로 차례로 배치된다.

Description

초광각 투사 광학계 및 이를 구비한 화상 투사 장치{Super-wide-angle projection optical system and Image projectoin apparatus having the same}

본 발명은 대형 스크린에 화면을 투사하여 디스플레이하는 경우에 요구되는 투사 렌즈에서 스크린까지의 거리를 좁히는 것에 관한 것으로서, 전방투사방식의 텔레비전, 프로젝터와 같은 화상 투사 장치와 이에 사용되는 투사 광학계에 관련된다.

일반적으로, 화상 투사 장치는 공간 변조 소자에서 형성된 화상을 확대하여 투사하는 투사 광학계와 화상이 투사되는 스크린을 포함한다.

도 1에는 종래 기술에 의한 화상 투사 장치(100)의 일 예가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 조명계(110)에서 방출된 광선은 공간 변조 소자(120)를 통과한 후, 투사 광학계의 렌즈부(130)와 미러부(140)를 통해 스크린(150)에 투사된다. 이에 의해 공간 변조 소자(120)에서 형성된 화상이 스크린(150)에 투사된다.

그러나, 이와 같은 종래의 화상 투사 장치(100)는 미러부(140)에서 스크린(150)까지의 거리는 비교적 짧으나, 스크린(150) 상부에 도달하는 광선의 스크린(150)의 표면의 법선에 대한 각도가 매우 크다. 따라서, 스크린(150)의 위치 변동은 큰 왜곡의 원인이 된다. 따라서, 종래의 화상 투사 장치(100)는 스크린(150)의 위치 정도에 매우 민감하다. 따라서, 이를 해결하기 위해 스크린(150) 자체의 형상 정도를 높게 하고, 스크린(150)과 투사 광학계의 위치 정도를 높게 할 필요가 있으므로, 제조에 어려움이 있다.

또한, 스크린(150)을 만곡시키면서 스크린(150)과 미러부(140) 사이의 거리를 짧게 하면, 허용될 수 없는 큰 왜곡이 발생하고 해상력이 저하하는 문제가 발생한다. 만곡된 스크린을 사용하는 경우에는 스크린(150)과 투사 광학계의 미러부(140) 사이의 거리를 멀게 하면, 이러한 문제가 발생하지 않는다.

그러나, 본 발명의 목적과 같이 화상 투사 장치를 컴팩트하게 형성하기 위해서는 스크린과 미러부 사이의 거리를 짧게 하면서, 동시에 스크린에 투사되는 화상의 왜곡과 해상력의 문제를 해결할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 스크린과 투사 광학계를 일체로 형성하고, 스크린과 초광각 투사 광학계의 반사 미러 사이의 거리를 짧게 함으로써 컴팩트하게 형성할 수 있으며, 광학 특성이 좋은 초광각 투사 광학계 및 이를 구비한 화상 투사 장치에 관련된다.

본 발명의 일 측면에 의한 초광각 투사 광학계는, 공간 변조 소자에서 형성된 화상을 만곡된 스크린에 투사하는 초광각 투사 광학계에 있어서, 정의 굴절력을 갖는 제1회전대칭 렌즈군; 조리개; 정의 굴절력을 갖는 제2회전대칭 렌즈군; 비대칭 렌즈군; 및 비대칭 미러;를 포함하며, 상기 제1회전대칭 렌즈군, 상기 조리개, 상기 제2회전대칭 렌즈군, 상기 비대칭 렌즈군, 및 상기 비대칭 미러는 상기 공간 변조 소자에서부터 상기 순서로 차례로 배치될 수 있다.

이때, 상기 비대칭 렌즈군은 적어도 2개의 비대칭 렌즈를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1회전대칭 렌즈군, 상기 조리개, 및 상기 제2회전대칭 렌즈군은 동일한 광축 상에 설치될 수 있다.

또한, 상기 광축은 상기 공간 변조 소자 측의 공역면(共役面)에 대해 경사질 수 있다.

또한, 상기 비대칭 미러는 오목 미러일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 화상 투사 장치는 광원; 상기 광원의 일측에 설치된 조명 광학계; 상기 조명 광학계의 일측에 설치되며, 상기 조명 광학계에서 나오는 광이 인입되는 공간 변조 소자; 상기 공간 변조 소자의 일측에 설치되며, 상기 공간 변조 소자에서 나오는 화상을 투사하는 초광각 투사 광학계; 및 상기 초광각 투사 광학계의 일측에 설치되며, 상기 초광각 투사 광학계에서 나오는 화상이 투사되는 스크린;을 포함하며, 상기 초광각 투사 광학계는, 상기 공간 변조 소자에서부터 차례로 배치되는, 정의 굴절력을 갖는 제1회전대칭 렌즈군, 조리개, 정의 굴절력을 갖는 제2회전대칭 렌즈군, 비대칭 렌즈군, 및 비대칭 미러를 포함하며, 상기 초광각 투사 광학계와 상기 스크린은 일체로 형성될 수 있다.

이때, 상기 스크린은 만곡되어 아래의 수학식을 만족하는 곡률반경을 가질 수 있다. 1.59 < R/S < 3.99. 여기서, R은 스크린의 곡률반경이고, S는 스크린의 대각거리이다.

또한, 투사배율이 94 이상인 경우에, 상기 만곡된 스크린의 중심부에서 법선 방향으로 측정한 상기 비대칭 미러까지의 거리는 상기 비대칭 미러에서 광원 쪽의 공역점까지의 거리보다 가까울 수 있다.

또한, 상기 스크린의 대각거리를 S라하고, 상기 스크린의 중심부에서 법선 방향으로 측정한 상기 비대칭 미러까지의 거리를 L이라 할 경우, L/S < 0.18을 만족할 수 있다.

또한, 상기 광원, 조명 광학계, 공간 변조 소자, 초광각 투사 광학계, 및 스크린을 수용하며 지지하는 하우징을 더 포함하며, 상기 스크린과 상기 비대칭 미러 사이의 상기 하우징의 부분에는 개구부가 마련되며, 상기 개구부의 단면적은 상기 비대칭 미러의 단면적보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 하우징의 개구부에는 투명부재가 설치될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 화상 투사 장치의 구성을 나타내는 개념도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치를 개념적으로 나타낸 사시도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치를 개념적으로 나타낸 Y축 단면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치를 개념적으로 나타낸 X축 단면도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 초광각 투사 광학계의 Y축 단면도;
도 6은 본 발명의 일 실시에에 의한 초광각 투사 광학계의 X축 단면도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치에서 광축의 편심을 나타낸 Y축 단면도;
도 8은 횡수차를 계산한 25개의 점의 공간 변조 소자 상의 XY좌표를 나타내는 도면;
도 9 내지 도 13는 도 8의 25개 점에서 발광된 광이 본 발명의 실시예에 의한 초광각 투사 광학계를 통과할 경우의 X방향 및 Y방향 횡수차를 나타낸 도면;이고
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치에 의한 왜곡 격자를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 디스플레이 장치의 실시 예들에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치를 개념적으로 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치를 개념적으로 나타낸 Y축 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치를 개념적으로 나타낸 X축 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치(1)는 광원(10), 조명계 렌즈(20), 공간 변조 소자(30), 초광각 투사 광학계(40), 및 스크린(90)을 포함할 수 있다.

화상 투사 장치(1)를 구성하는 광원(10), 조명계 렌즈(20), 공간 변조 소자(30), 초광각 투사 광학계(40), 및 스크린(90)은 한 개의 하우징(미도시) 또는 케이스(미도시)에 설치될 수 있다. 특히 스크린(90)과 초광각 투사 광학계(40)가 한 개의 하우징에 일체로 설치되므로, 초광각 투사 광학계(40)에서 방출되어 스크린(90)에 결상되는 광선이 통과하는 하우징의 부분에는 개구부(3)가 마련된다. 개구부(3)의 위치는 도 3과 도 5에 개념적으로 도시되어 있다. 하우징 또는 케이스는 화상 투사 장치(1)를 구성하는 구성요소들을 지지할 수 있으면 다양한 형상으로 형성될 수 있으므로, 도면에는 하우징 또는 케이스를 도시하지 않았으며, 구체적인 설명도 생략한다.

광원(10)은 투사할 빛을 발생시키는 것으로서, 램프(11)와 반사면(13)을 포함한다.

조명계 렌즈(20)는 광원(10)의 일측에 설치되며, 광원(10)에서 발생된 빛을 모아서 공간 변조 소자(30)로 조사한다.

공간 변조 소자(30)는 스크린(90)에 투사될 화상을 형성하는 것으로서, 액정 디스플레이(LCD)나 디지털 마이크로 미러 장치(DMD, digital micro-mirror device) 등이 사용될 수 있다. 공간 변조 소자(30)는 조명계 렌즈(20)의 일측에 설치되며, 초광각 투사 광학계(40)의 축소측의 공역점(P)에 위치한다. 여기서, 초광각 투사 광학계(40)의 축소측은 공간 변조 소자(30)가 위치한 쪽을 말하며, 공역점(P)은 공간 변조 소자(30)와 광축(OA)이 교차하는 점을 말한다. 공역점(P)은 공간 변조 소자(30)의 일면에 위치하며, 공역점(P)이 위치하는 공간 변조 소자(30)의 일면이 공역면(S0)이다. 공간 변조 소자(30)를 투과한 빛은 초광각 투사 광학계(40)에 의해 스크린(90)에 투사 결상되어 공간 변조 소자(30)에 형성된 화상을 확대 표시한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 초광각 투사 광학계의 Y축 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시에에 의한 초광각 투사 광학계의 X축 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 초광각 투사 광학계의 구조를 상세하게 설명한다.

초광각 투사 광학계(40)는 공간 변조 소자(30)에서 형성된 화상을 확대하여 스크린(90)에 투사하는 것으로서, 프리즘(41), 제1회전대칭 렌즈군(50), 조리개(60), 제2회전대칭 렌즈군(70), 비대칭 렌즈군(75), 및 비대칭 미러(80)를 포함한다. 이들은 공간 변조 소자(30)로부터 프리즘(41), 제1회전대칭 렌즈군(50), 조리개(60), 제2회전대칭 렌즈군(70), 비대칭 렌즈군(75), 및 비대칭 미러(80)의 순서로 배치된다. 따라서, 공간 변조 소자(30)를 통과한 빛은 프리즘(41), 제1회전대칭 렌즈군(50), 조리개(60), 제2회전대칭 렌즈군(70), 비대칭 렌즈군(75), 및 비대칭 미러(80)를 차례로 통과하여 스크린(90)에 투사된다.

제1회전대칭 렌즈군(50)은 프리즘(41)의 일측에 설치되며, 정의 굴절력을 가지며, 복수 개의 렌즈로 구성된다. 제1회전대칭 렌즈군(50)은 정의 굴절력을 갖는 제1양면 볼록 렌즈(51), 3매 접합렌즈(52), 볼록면이 축소측을 향하며 정의 굴절력을 갖는 제1메니스커스 렌즈(56), 및 정의 굴절력을 갖는 제2양면 볼록 렌즈(57)로 구성된다. 3매 접합렌즈(52)는 볼록면이 축소측을 향하는 메니스커스 렌즈(53), 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 렌즈(54), 및 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 렌즈(55)를 접합하여 형성된다. 제1회전대칭 렌즈군(50)은 공간 변조 소자(30)로부터 제1양면 볼록 렌즈(51), 3매 접합렌즈(52), 제1메니스커스 렌즈(56), 제2양면 볼록 렌즈(57)의 순서로 배치된다.

조리개(60)는 제1회전대칭 렌즈군(50)의 일측, 즉 제2양면 볼록 렌즈(57)의 일측에 설치되며, 통과하는 빛의 양을 조절한다.

제2회전대칭 렌즈군(70)은 조리개(60)의 일측에 설치되며, 정의 굴절력을 가지며, 복수 개의 렌즈로 구성된다. 제2회전대칭 렌즈군(70)은 정의 굴절력을 갖는 제3양면 볼록 렌즈(71), 볼록면이 축소측을 향하는 제2메니스커스 렌즈(72)로 구성된다.

제1회전대칭 렌즈군(50), 조리개(60), 및 제2회전대칭 렌즈군(70)은 동일한 광축(OA) 상에 설치된다. 즉, 제1회전대칭 렌즈군(50)의 광축과, 조리개(60)의 광축, 및 제2회전대칭 렌즈군(70)의 광축은 일치한다.

이때, 상기 광축(OA)은 축소측의 공역면(共役面), 즉 공간 변조 소자(30)의 표면(S0)에 대해 경사질 수 있다.

비대칭 렌즈군(75)은 비대칭면을 갖는 렌즈 군으로서, 본 실시예의 경우에는 2개의 비대칭 렌즈(76,77)로 구성된다. 비대칭 렌즈군(75)은 제2회전대칭 렌즈군(70)의 일측에 설치된다. 2개의 비대칭 렌즈(76,77)는 형상이 비대칭이므로 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 X방향으로 절단한 단면과 Y방향으로 절단한 단면의 형상이 상이하다.

비대칭 미러(80)는 비대칭 렌즈군(75)을 통과한 빛을 스크린(90)으로 반사하는 것으로서, 비대칭 비구면 미러로 구성된다. 비대칭 미러(80)는 형상이 비대칭이기 때문에, 도 3 내지 도 6의 단면도에서 X방향으로 절단한 단면과 Y방향으로 절단한 단면의 형상이 상이하게 표시된다.

본 발명의 경우에는 비대칭 미러(80)는 오목 미러로 구성된다. 비대칭 미러(80)로 오목 미러를 사용하면, 미러(80)에서 반사되는 광선의 폭이 좁아지게 되므로, 비대칭 미러(80)와 스크린(90) 사이의 개구부(3)의 크기(W2)는 비대칭 미러(80)의 크기(W1)보다 작게 할 수 있다. 다른 예로서, 도시하지는 않았지만, 비대칭 미러를 볼록 미러로 형성하는 경우에는 비대칭 미러에서 반사되는 광선이 넓게 퍼지기 때문에 볼록 미러에서 떨어진 위치에 설치되는 개구부는 볼록 미러보다 크게 만들어야 하므로 하우징의 설계를 제한하는 문제점이 될 수 있다. 이러한 제한을 피하기 위해 볼록 미러를 노출시키도록 설계할 수 있으나, 이 경우에는 볼록 미러가 오염되거나 파손될 수 있는 문제가 있다.

비대칭 미러(80)와 스크린(90) 사이의 개구부(3)는 투명한 재료로 형성된 투명부재로 차단할 수 있다. 그러면, 개구부(3)를 통해 하우징 내부의 투사 광학계(40) 내로 먼지나 오물질이 들어가는 것을 방지할 수 있다.

스크린(90)은 비대칭 미러(80)에서 반사된 광선이 결상되는 곳이다. 스크린(90)은 일정한 곡률로 만곡될 수 있다. 본 실시예의 경우에는 스크린(90)이 X축 방향으로 만곡되어 있는 경우에 대해 설명하였으나, 스크린(90)의 만곡이 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지는 않았으나, 스크린(90)은 Y축 방향으로 만곡될 수 있으며, 또한, X축 방향과 Y축 방향으로 곡률반경이 다르게 만곡될 수도 있다.

스크린(90)은 만곡되는 정도와 크기가 다음의 조건식을 만족하도록 형성하는 것이 좋다.

1.59 < R/S < 3.99

여기서, R은 스크린(90)의 곡률반경이고, S는 스크린(90)의 대각거리이다. R과 S의 단위는 mm이다.

만일, 상기 조건식의 하한을 초과하면서 스크린(90)의 만곡이 큰 경우에는 광학적 성능을 만족하는 것이 어렵다. 또한, 상기 조건식의 상한을 초과하면서 스크린(90)의 만곡이 작은 경우에는 스크린(90)을 만곡시키는 효과를 기대할 수 없게 된다. 또한, 스크린(90)의 만곡 정도를 크게 하면, 비대칭 미러(80)와 비대칭 렌즈군(75)의 비대칭 정도를 크게 할 필요가 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 초광각 투사 광학계(40)와 스크린(90)의 실시예가 표 1에 기재되어 있다.

면 번호	Y곡률반경	X곡률반경	간격	nd	vd
S0	∞	∞	-0.0336
S1	∞	∞	6.521
S2	∞	∞	2.3	1.45844	67.8
S3	∞	∞	0
S4	∞	∞	27.1	1.516798	64.1
S5	∞	∞	5
S6	129.6654	129.6654	10.22093	1.496997	81.6
S7	-35.643	-35.643	0.2
S8	23.44861	23.44861	3.514041	1.834001	37.3
S9	16.73092	16.73092	20.51405	1.487489	70.4
S10	-19.9131	-19.9131	3.103456	1.903658	31.3
S11	30.88539	30.88539	0.2
S12	19.49753	19.49753	4	1.5311	56
S13	31.84685	31.84685	6.494231
S14	∞	∞	0.015
S15	355.8086	355.8086	7.034499	1.64769	33.8
S16	-25.3933	-25.3933	0.2
S17	∞	∞	7.537126
S18	∞	∞	84.39808
S19	97.38725	97.38725	11.04664	1.487489	70.4
S20	-75.9926	-75.9926	1
S21	33.03005	33.03005	7.45007	1.64769	33.8
S22	29.39488	29.39488	24.54443
S23	∞	∞	6.81	1.64769	33.8
S24	∞	∞	13.11801
S25	∞	∞	6.69	1.64769	33.8
S26	∞	∞	177.6719
S27	∞	∞	-1034.82	반사
S28	∞	4000	0

상기에서, S1 내지 S28은 본 발명에 의한 화상 투사 장치(1)에서 광선이 통과하는 초광각 투사 광학계(40)를 구성하는 각 렌즈의 면, 비대칭 미러(80)의 면, 및 스크린(90)의 표면을 나타내는 것으로서, 그 구체적인 위치는 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 예를 들면, S0는 공간 변조 소자(30)에서 광선이 나오는 면을 말하며, S6은 제1회전대칭 렌즈군(50)의 제1양면 볼록 렌즈(51)의 일면을 말한다. 또한, S27면은 비대칭 미러(80)의 반사면을 말하고, S28은 스크린(90)의 화상이 결상되는 면을 말한다.

상기에서 S12면, S13면, S21면, S22면은 회전대칭의 비구면이다.

회전대칭의 비구면은 아래의 수학식1로 정의될 수 있다.

회전대칭의 비구면의 데이터는 아래의 표 2와 같다.

	S12면	S13면	S21면	S22면
CC	0	0	0	0
3차	1.91859E-04	1.41354E-04	-8.05954E-05	-1.54738E-04
4차	-1.80671E-04	-1.09440E-04	1.15104E-05	2.90857E-05
5차	6.98418E-05	4.28510E-05	1.90606E-07	-2.10934E-06
6차	-1.69637E-05	-7.09298E-06	-1.34674E-07	9.84504E-08
7차	2.08393E-06	-7.78865E-08	1.31525E-08	-6.07487E-09
8차	-3.66379E-08	2.11239E-07	-5.24086E-08	5.47307E-10
9차	-2.08014E-08	-2.83855E-08	5.00085E-14	-1.80428E-11
10차	1.82442E-09	8.75612E10	6.41455E-13	-9.81072E-13
11차	5.49900E-11	6.54730E-11	-9.43798E-15	6.57182E-14
12차	-1.02669E-11	-1.08153E-13	-2.58065E-16	1.51172E-15
13차	-3.70718E-13	-3.45693E-13	-8.60593E-18	-1.15449E-16
14차	6.16749E-14	-1.47296E-14	6.89929E-19	-3.97856E-18
15차	1.79725E-15	6.15602E-16	-6.69487E-21	3.07424E-19
16차	-3.65997E-16	2.06056E-16	-6.67024E-23	-4.60537E-21
17차	1.05008E-17	-9.92926E-18	0.00000E+00	0.00000E+00

상기에서 S23면, S24면, S25면, S26면, S27면은 회전 비대칭이다.

회전 비대칭의 면은 XY 다항식으로 아래의 수학식2로 정의될 수 있다.

회전 비대칭의 XY 다항식의 데이터를 표 3에 나타낸다.

	S23면	S24면	S25면	S26면	S27면
Y	0	0	0	0	0.224526473
X^2	-3.81315E-02	-6.90174E-03	-1.80488E-02	-1.61378E-03	-3.04884E-03
Y^2	-5.85899E-02	-3.11790E-02	-9.18815E-02	-5.22708E-02	-1.95668E-03
X^2*Y	-1.52796E-03	-7.26219E-02	3.14649E-03	1.56906E-03	-5.42283E-07
Y^3	-1.55036E-03	-2.01907E-03	-7.73937E-03	-1.53281E-03	2.20933E-07
X^4	9.80939E-06	1.49742E-05	-9.24781E-06	-5.46530E-06	-1.64017E-08
X^2*Y^2	5.11712E-05	4.47687E-05	2.08191E-04	9.57583E-05	-3.57535E-08
Y^4	-1.04372E-05	-1.93763E-04	-2.65870E-04	3.08596E-04	-1.81583E-08
X^4*Y	3.00562E-06	1.79140E-06	-2.40050E-06	-1.19358E-06	2.26302E-11
X^2*Y^3	9.61053E-06	6.77897E-06	4.53885E-06	1.08506E-06	-1.78746E-11
Y^5	-6.82903E-06	-8.47890E-06	4.86599E-06	2.36225E-05	-1.74744E-11
X^6	1.80088E-08	-8.10826E-09	3.58502E-08	1.08890E-08	-1.80359E-12
X^4*Y^2	2.59457E-07	8.86922E-08	-1.95307E-07	-1.74315E-07	-3.38823E-12
X^2*Y^4	9.11145E-07	6.32701E-07	-4.20467E-07	-1.40803E-07	-8.06457E-13
Y^6	-1.81019E-07	-2.17834E-07	3.20960E-07	3.47702E-07	4.74912E-13
X^6*Y	-5.60353E-10	-6.65779E-10	4.55778E-09	1.42434E-09	-3.27718E-15
X^4*Y^3	1.16454E-08	4.54338E-09	-3.28500E-09	-1.04800E-08	-4.33709E-13
X^2*Y^5	3.87204E-08	2.66373E-08	-4.74590E-08	-9.99304E-09	3.14660E-15
Y^7	-3.63457E-09	-6.10925E-09	-1.60760E-08	-2.60208E-08	1.98464E-15
X^8	-2.06495E-11	2.41874E-12	-3.59918E-11	-5.41017E-12	7.99920E-17
X^6*Y^2	-7.71304E-11	-2.10484E-11	1.62182E-10	8.96030E-11	2.19906E-16
X^4*Y^4	1.61217E-10	8.90940E-11	3.63169E-10	-2.50548E-10	4.64923E-17
X^2*Y^6	5.45338E-10	3.72444E-10	-1.97939E-09	-3.59623E-10	-9.14833E-17
Y^8	-7.68580E-11	-1.06909E-10	-1.42479E-09	-1.37011E-09	-6.44089E-17
X^8*Y	-2.88131E-13	1.09696E-13	-3.69121E-12	-4.41870E-13	1.98843E-19
X^6*Y^3			3.47437E-12	3.33130E-12	5.31659E-19
X^4*Y^5			9.33773E-12	-1.65636E-12	-7.62969E-20
X^2*Y^7			-3.61926E-11	-7.22864E-12	-3.37519E-19
Y^9			-3.89154E-11	-2.61508E-11	-1.69185E-19
X^10			1.66041E-14	6.94847E-16	-2.32782E-19
X^8*Y^2			-5.06034E-14	-7.83670E-15	-9.87251E-21
X^6*Y^4			-2.52485E-14	4.93833E-14	-8.57266E-21
X^4*Y^6			-1.93747E-14	8.86544E-15	-2.93583E-22
X^2*Y^8			-1.94686E-13	-6.13749E-14	3.24004E-21
Y^10			-4.02564E-13	-1.86282E-13	1.84796E-21

상기 S6면, S27면, S28면은 편심되어 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치(1)에서 광축(OA)의 편심을 나타낸 Y축 단면도이다.

상기 면들의 편심 데이터는 표 4에 표시되어 있다.

	S6면	S27면	S28면
Y디센터	-6.2201	-103
X틸트	-2.4도		67.8582도
X벤드		-32.7291도

본 발명은 화상 투사 장치(1)의 세트, 즉 화상 투사 장치(1)의 전체 크기를 작게 하기 위해 만곡된 스크린(90)에서 비대칭 미러(80)까지의 거리(L), 즉 투사거리를 가깝게 하는 것이 좋다. 즉, 비대칭 미러(80)에서 스크린(90)까지의 거리(L)를 초광각 투사 광학계(40)의 전체 길이(TL)보다 짧게 하는 것이 바람직하다. 투사거리(L)를 초광각 투사 광학계(40)의 전체 길이(TL)보다도 짧게 하면, 스크린(90)을 세트 본체에서 분리하여 설치할 필요 없이, 스크린(90)과 세트 본체를 일체화하여 구성하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 투사배율이 94 이상인 경우에, 초광각 투사 광학계(40)의 전장(TL)보다 투사거리(L)를 짧게 형성한다. 투사배율이 94 미만인 경우에는 투사거리(L)가 초광각 투사 광학계(40)의 길이(TL)보다 짧은 경우에도 의미가 없다.

또한, 투사된 화상이 결상되는 스크린(90)의 크기가 작으면, 만곡된 스크린(90)에서 비대칭 미러(80)까지의 거리(L)를 가깝게 하는 것이 가능하다. 그러나, 본 발명은 대형 스크린(90)을 갖는 화상 투사 장치(1)에서 세트의 크기를 작게 하기 위한 것이므로, 만곡된 스크린(90)에서 비대칭 미러(80)까지의 거리(L)와 스크린(90)의 대각거리(S)를 정규화한 아래의 조건식을 만족할 필요가 있다.

즉, L/S < 0.18

여기서, L은 만곡된 스크린(90)에서 비대칭 미러(80)까지의 거리이고, S는 스크린의 대각거리이다. L과 S의 단위는 mm이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치(1)에서, 만곡된 스크린(90)의 중심부에서 법선 방향을 따라 측정한 만곡된 스크린(90)에서 비대칭 미러(80)까지의 거리(L)는 407.0mm, 만곡된 스크린(90)의 중심부에서 법선 방향으로 측정한 비대칭 미러(90)에서 축소측의 공역점(P)까지의 거리, 즉 초광각 투사 광학계(40)의 전체 길이(TL)는 453.3mm, 투사배율은 135.14, 스크린의 대각거리(S)는 2540mm 인 경우,

L/S = 407.0/2540 = 0.16으로 상기 조건식을 만족한다.

도 8은 횡수차를 계산한 25개의 물점의 공간 변조 소자(30) 상의 XY좌표를 나타내는 도면이고, 도 9 내지 도 13은 도 8의 25개 물점에서 방출된 광이 본 발명의 일 실시예에 의한 초광각 투사 광학계(40)를 통과한 경우의 X방향 및 Y방향 횡수차를 나타낸 도면이다. 도 9 내지 도 13의 횡수차 도면에서 점선은 620nm, 가는 실선은 550nm, 굵은 실선은 640nm의 횡수차를 나타낸다.

도 9 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 초광각 투사 광학계(40)에 의해 공간 변조 소자(30)에서 발광된 광선이 적절하게 보정된 것을 확인할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 화상 투사 장치(1)에서 스크린(90)에 결상된 왜곡 격자를 나타내는 도면이다. 공간 변조 소자(30)에서 왜곡이 없는 격자 상의 화상을 표시한 경우에, 투사 광학계(40)를 통하여 스크린(90)에 투영되는 화상은 투사 광학계(40)의 성능을 반영하여 표시된다. 이상적인 경우에는 도 14의 격자의 각 선이 왜곡이 없는 직선이 된다. 본 발명에 의한 화상 투사 장치(1)의 경우에는 초광각 투사 광학계(40)를 통과한 격자 상 화상이 표시된 도 14의 각 직선의 왜곡 정도를 보면, 충분히 보정된 것을 알 수 있다.

도 9 내지 도 14에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 화상 투사 장치(1)에 의하면, 공간 변조 소자(30)에서 형성된 화상이 양호하게 수차가 보정되므로, 뛰어난 광학 특성을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 초광각 투사 광학계와 이를 구비한 화상 투사 장치에 의하면, 왜곡이 양호하게 보정되고, 뛰어난 광학 특성을 짧은 투사거리에서 얻을 수 있으므로, 컴팩트한 화상 투사 장치 세트를 제공하는 것이 가능하다.

상기에서 본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.

1. 화상 투사 장치 3; 개구부
10; 광원 20; 조명계 렌즈
30; 공간 변조 소자 40; 초광각 투사 광학계
50; 제1회전대칭 렌즈군 60; 조리개
70; 제2회전대칭 렌즈군 75; 비대칭 렌즈군
80; 비대칭 미러 90; 스크린

Claims

공간 변조 소자에서 형성된 화상을 만곡된 스크린에 투사하는 초광각 투사 광학계에 있어서,
정의 굴절력을 갖는 제1회전대칭 렌즈군;
조리개;
정의 굴절력을 갖는 제2회전대칭 렌즈군;
비대칭 렌즈군; 및
비대칭 미러;를 포함하며,
상기 제1회전대칭 렌즈군, 상기 조리개, 상기 제2회전대칭 렌즈군, 상기 비대칭 렌즈군, 및 상기 비대칭 미러는 상기 공간 변조 소자에서부터 상기 순서로 차례로 배치되는 것을 특징으로 하는 초광각 투사 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 비대칭 렌즈군은 적어도 2개의 비대칭 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광각 투사 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제1회전대칭 렌즈군, 상기 조리개, 및 상기 제2회전대칭 렌즈군은 동일한 광축 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 초광각 투사 광학계.
제 3 항에 있어서,
상기 광축은 상기 공간 변조 소자 측의 공역면(共役面)에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 초광각 투사 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 비대칭 미러는 오목 미러인 것을 특징으로 하는 초광각 투사 광학계.
광원;
상기 광원의 일측에 설치된 조명 광학계;
상기 조명 광학계의 일측에 설치되며, 상기 조명 광학계에서 나오는 광이 인입되는 공간 변조 소자;
상기 공간 변조 소자의 일측에 설치되며, 상기 공간 변조 소자에서 나오는 화상을 투사하는 초광각 투사 광학계; 및
상기 초광각 투사 광학계의 일측에 설치되며, 상기 초광각 투사 광학계에서 나오는 화상이 투사되는 스크린;을 포함하며,
상기 초광각 투사 광학계는,
상기 공간 변조 소자에서부터 차례로 배치되는, 정의 굴절력을 갖는 제1회전대칭 렌즈군, 조리개, 정의 굴절력을 갖는 제2회전대칭 렌즈군, 비대칭 렌즈군, 및 비대칭 미러를 포함하며,
상기 초광각 투사 광학계와 상기 스크린은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 화상 투사 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 스크린은 만곡되어 아래의 수학식을 만족하는 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 투사 장치.
1.59 < R/S < 3.99
여기서, R은 스크린의 곡률반경이고, S는 스크린의 대각거리이다.
제 7 항에 있어서,
투사배율이 94 이상인 경우에,
상기 만곡된 스크린의 중심부에서 법선 방향으로 측정한 상기 비대칭 미러까지의 거리는 상기 비대칭 미러에서 광원 쪽의 공역점까지의 거리보다 가까운 것을 특징으로 하는 화상 투사 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 스크린의 대각거리를 S라하고, 상기 스크린의 중심부에서 법선 방향으로 측정한 상기 비대칭 미러까지의 거리를 L이라 할 경우,
L/S < 0.18을 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 투사 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 광원, 조명 광학계, 공간 변조 소자, 초광각 투사 광학계, 및 스크린을 수용하며 지지하는 하우징을 더 포함하며,
상기 스크린과 상기 비대칭 미러 사이의 상기 하우징의 부분에는 개구부가 마련되며,
상기 개구부의 단면적은 상기 비대칭 미러의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 화상 투사 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 하우징의 개구부에는 투명부재가 설치된 것을 특징으로 하는 화상 투사 장치.