KR0176976B1 - 투영장치 - Google Patents

Abstract

영사기는 섬유 광학플레이트(1), 최초의 영상면(a-a)에 위치한 광선 유도부(3)의 유입 단부면(2), 그리고 섬유 광학플레이트(1)의 광선 유도부(3)의 유출 단부면(9)에 위치한 뷰어의 영사 렌즈에 구성된다. 광선의 흐름을 광선빔으로 집약하고 영사렌즈(8)의 유출 접안렌즈(11)로 상기 광선의 흐름이 향하기 위한 광학 시스템(10)이 섬유 광학 플레이트(1)의 각 광선 유도부(3)의 광선빔 통로상에 있다. 광학 시스템(10)은 포콘(focon)(12), 정렌즈(13) 및 굴절렌즈(14), 광선 유도부(3)에서 광선짐 통로를 따라 연속적으로 설치된 것을 포함한다. 정렌즈의 광학축(0₄-0₄)은 광선유도부(3)의 광학축(0₁-0₁)과 일치한다.

Description

[발명의 명칭]

투영장치

[도면의 간단한 설명]

본 발명의 장점은 다음의 확실한 실시예를 도면과 함께 인식한다면 이해하기가 훨씬 쉬울 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 텔레비젼 투영 시스템을 만드는 투영장치의 개략 다이어그램.

제2도는 제1도의 외부요소(a)의 확대도.

제3도는 본 발명의 제2실시예에 따른 텔레비젼 투영 시스템을 만드는 투영장치의 개략 다이어그램.

제4도는 제3도의 외부요소(b)의 확대도.

[발명의 기술분야]

본 발명은 광학기기, 영상정보의 표시를 투영하기 위한 장치 특히 투영장치에 관한 것이다.

[발명의 상세한 설명]

현재의 발명은 공지된 것을 개선하고 근본적으로 새로운 소형 투영장치를 창작할 목적으로 행해지며, 이것은 중, 대형 스크린에 상이 고화질로 재생되는 것을 가능하게 한다. 상기 투영장치가 만족할만한 주요한 필요조건은 스크린에 재생된 상의 고해상도, 콘트라스트(contrast)및 휘도로, 이러한 상은 주어진 조건하에서 편안히 관측하기에 적합하다. 더욱이 상기 투영 장치는 특히 다음과 같은 다수의 동작에 필요한 조건을 만족할 것이다. 투영장치의 광원에 의한 전력 소비가 작아지며 상기 장치는 보통의 전기 및 온도 조건에서 동작하고 X-레이 방사선 레벨은 허용치(수상관이 상의 소스로서 이용되는 투영장치를 위한)를 초과하지 않는 것 등등.

수상관이 광학상의 소스로서 이용되는 텔레비젼 투영 시스템 즉 투영장치는 가장 널리 이용되는 시스템이다. 상기 텔레비젼 시스템(V. S. Babenko. Optics of television apparatuses, 1982, Radio i Svyaz, Moscow, P. 232-234)은 수상관을 포함하며 뷰어(view)에 있는 수상관의 스크린을 가진 투영 대물렌즈를 포함한다. 상기 텔레비젼 투영 시스템에서 수상관의 스크린에 형성된 발광 이미지는 투영 대물렌즈를 통해 스크린에 투영된다. 투영된 상의 휘도, 콘트라스트 및 칼라 채도를 결정하는 상기 투영 시스템의 발광효율은 낮다. 이것은 근본적으로 다음과 같은 것에 의한 것으로서, 투영이 최초로 만들어질때 단지 원형(수상관 스크린)에 의해 넓게 방사된 광속의 9%까지 투영 대물렌즈의 입사 접안렌즈 부분과 비교된 부분은 공지된 투영장치에서 기하학적 렌즈 구경이 작은 것에 의해 투영 대물렌즈를 통해 스크린에 비춰진다. 투영 대물렌즈의 입사 접안 렌즈 부분을 확대하지 않고 원형 부분의 확대에 의해 얻어진 투영 시스템의 발광효율 증가는 스크린의 투영부분 중심 및 단부에서 휘도 사이의 가시차 증가 및 가시 기하학 수차의 표시때문에 효과적이지 않다. 이것은 기하학적 수차를 줄이기 위한 대물렌즈와 원형 사이의 거리를 증가할 필요가 있기 때문이며 그 다음에 대물렌즈와 원형 사이의 거리의 제곱부분에 더 유용한 광속을 감소시키기 때문에 원형부분을 증가하지 않고 대물렌즈의 입사 접안렌즈부분을 확대함에 의해 투영 시스템의 발광효율을 증가하는 것은 적당하지 않다. 더욱이 큰 크기의 입사 접안렌즈를 가진 투영 대물렌즈를 제작하는 것은 공학적인 관점에서 볼때 복잡한 과정이다. 투영 이미지의 휘도는 텔레비젼 투영 시스템에서 강제 전기 및 엄격한 온도내에서 수상관을 작동함에 의해 종종 증가된다. 그러나 이것은 수상관의 수명을 단축시키고, X-레이 방사를 증가시키고 그리고 수상관의 해상력을 감소시킨다.

소위 슈미트 시스템이라 불리는 미러-렌즈 텔레비젼 투영 시스템은 (V. S. Babenko. Optics of television apparatuses, 1982, Radio i Svyaz, Moscow, P 234-237)에 공지되어 있다. 상기 시스템은 광학축에 있는 수상관, 오목 구형 미러 및 보정렌즈를 포함한다. 보정렌즈와 오목 구형 미러는 오목한 표면에 부착되고, 보정렌즈는 수상관 후위에 배치된다. 미러에서 반시된, 수상관의 스크린으로부터 확산된 광속은 보정렌즈에 의해 스크린으로 집속된다.

상기 미러 렌즈 텔레비젼 투영 시스템은 광전동 인자가 대물렌즈를 갖는 상기 설명한 투영 시스템 보다 많은 30%까지 된다. 상기 결과는 대물 미러렌즈가 큰 시각과 같은 분해력을 갖는 사실에 기인한다.

구형 미러의 직경은 수상관에 의해 반사된 광속의 더욱 복잡한 용도로 인해 선택되고, 실제에 있어서 구형 미러의 직경은 수상관 스크린의 직경의 3 내지 4배로 선택된다. 미러의 곡률 반경 및 보정 렌즈의 직경은 최대 상대 구경 및 허용되는 비그네팅을 얻기 위한 조건을 기초로 선택된다. 상기에서 미러의 곡률 반경은 미러의 직경의 0.8 내지 1.0으로 선택된다. 반면 보정렌즈의 직경은 미러직경의 0.65 내지 0.75로 선택된다. 상기의 비는 조그만 수상관의 스크린의 크기를 위해 미러 및 보정렌즈를 크게 하는 것을 나타낸다. 작은 스크린을 갖는 수상관의 사용은 평균적이고 큰 스크린을 위해 투영 시스템의 광효과를 제한한다. 달리 말하면 중간 크기 및 큰 스크린에 있는 투영 이미지의 칼라 세츄레이션 및 콘트라스트 및 높은 광도의 도달은 작은 크기의 수상관 스크린에서는 불가능하다. 그러나 수상관 스크린 크기의 증가는 예를들면 투영시스템의 제조 및 조정을 더욱 복잡하게 하는 투영 시스템의 크기를 증가시키는 것과같이 보정렌즈 및 구형 미러의 크기를 본질적으로 증가시킨다.

미합중국 특허 제3506782호의 투영장치는 광학 플레이트, 원형 이미지의 평면과 일치하는 광 유도부의 입사면과 대물렌즈 뷰어의 필드에 배치된 섬유 광 플레이트의 출사면, 및 투영 대물렌즈를 포함한다. 자외선의 확산 광의 방사를 갖는 수상관은 투영장치에서 원형 이미지의 제1변조기로서 사용되고, 2색 필터는 가시빔을 반사시키고 자외선을 통과시키기 위하여 스크린에 배치된다. 상기 섬유 광 플레이트는 2색 필터위에 설치되고, 포토크롬(photochrome) 광 유도부를 가지며, 그것의 투명도는 자외선 광의 조명에 따라 변화한다. 그러므로 포토크롬광 유도부는 원형 이미지를 형성하고 통과시키는 가시광선을 위한 본질적으로 원형 이미지의 제2공간광 변조기인 물리적 능동 광 매개체이다. 게다가 투영장치는 광이 근원점으로부터 섬유광 플레이트의 광 유도부를 통해 2색 필터로 가시 광선을 유도하기 위해 제1미러 및 집속 렌즈에 의해 형성되는 제1광 시스템을 포함한다. 그리고 상기 투영장치는 상기 집속 렌즈, 제2미러 및 2색 필터에 의해 반사된 이미지 투영을 위한 스크린에 투영된 이미지의 확대를 위한 대물렌즈로 형성된 제2광시스템을 포함한다.

전자 빔을 가진 수상관의 인 스크린에 주사하는 동안, 인광체는 자외선을 증가시키고 그것은 2색 필터를 통해 포토크롬 광선 유도부로 통과하고, 투명도는 자외선 휘도 증가만큼 감소한다. 거기서 광선유도부의 광학 축을 따라 제1미러 및 수집렌즈로 향한 가시광선의 포인트 소스로부터의 광선은 상기 수집렌즈 및 제2미러를 통해 투영대물렌즈의 입사 접안렌즈로 광선유도부의 광학 축을 따라 통과하여 2색 필터 및 굴절 프리즘에 충돌한다. 자외선 광의 휘도를 변화시킴으로써, 수상관 스크린상에 원형의 원시상의 요소간 자외선의 휘도 변환에 의해 광선 유도부의 투명도 변화가 발생하고 결과적으로 원형의 제2상은 광선유도부의 출사 면의 공간내에 가시광선에 의해 한 요소로 형성되고 제2상은 대물렌즈에 의해 스크린에 투영된다.

이러한 투영장치의 장점은 콘트라스트가 증가되며 투영된 이미지의 고광학 전송 요소를 가진다는 것이다. 이러한 것은 원형의 투영된 이미지가 직광 소스에 의해 형성된다는 사실에 의한다

그러나, 섬유 광 플레이트의 광 유도부가 이루어진 포토크롬 재료는 일반적으로 하프-톤 등급의 얇은 선형 영역을 갖는 이미지를 형성하도록 하는데, 이것은 원형 이미지와 비교할때 하프-톤 및 칼라가 왜곡된 투영 이미지를 발생시킨다. 더욱이, 그것의 물리-화학적 특성 때문에, 포토크롬 재료의 사이클리시티는 제한되는데, 이것은 정보를 동적으로 표시할때 투영장치의 작동 수명을 감소시킨다. 변조 광 출력에서(이 경우에는 자외선 광 출력) 동적인 정보 표시 속도 및 화질의 의존도는 투영장치의 표시 스크린상에서 원래의 이미지 프레임 변화에 대한 주파수를 제한한다.

포토크롬 재료로된 광 유도부를 사용하므로 그러한 투영장치의 사용 분야가 제한된다. 왜냐하면 포토크롬 광 유도부는 자외선 광의 효과로 인해 투명도만 변화하기 때문이다. 다시말하면 그러한 투영장치는 자외선 광을 방출하는 원형 이미지를 투영할 수 있다.

가시광선의 외부점 소스를 갖는 제1광학 시스템이 존재하고, 포토크롬 광 유도부 및 2색 필터를 사용하는 것은 투영장치를 구성하는데 더 복잡하게 만든다.

더욱이, 가시광선의 외부 소스를 사용하는 것은 투영장치에 의해 소모되는 전력을 더 증가시킨다.

[발명의 목적 및 요약]

본 발명의 목적은, 섬유 광 플레이트의 광 유도부를 구성하여 투영장치가 장시간 작동하는 동안에 원형 이미지의 투영된 칼라 및 단색광 화상의 질을 향상시키고 그 구성을 간략하게 하며 전력 소모를 줄인, 투영장치를 구성하는 것이다.

이러한 문제점은, 투영장치가 광 섬유 플레이트, 원형 이미지의 평면과 일치하는 광 유도부의 입사면과 본 발명에 따라 뷰어에 배치된 섬유 광플레이트의 광 유도부의 출사면 및 투영 대물렌즈를 포함하고, 광학 시스템이 이 광선을 광빔으로 집속시키고 광빔을 투영 대물렌즈의 입사 접안렌즈로 향하게 하기 위하여 광빔의 전파 경로에서 섬유 광 플레이트의 각각의 광 유도부에 형성되어 해결된다.

광선을 하나의 광범으로 집속시키고 광빔을 대물렌즈의 입사 접안렌즈로 유도하기 위해 상기 섬유 광 플레이트의 각각의 광 플레이트에 형성되는 광학 시스템은 광선에 대해 물리적으로 수동(passive)광학 매체이며, 일정한 광투과성, 굴절율 및 반사계수를 갖는 광학 소자를 사용하여 원래의 1차 아미지를 광학-기하학적으로 변형시킨다. 이것은, 원래의 이미지에서 이미지 프레임 변화에 대한 주파수 및 사이클리시티에 관계없이, 상기 투영장치의 장시간 작동시간 동안에, 투영된 이미지의 하프 폭 등급 영역의 폭, 칼라 포화 및 칼라 순도를 보존시킨다. 투영 대물렌즈의 입사 접안렌즈에서 원형에 의해 방사된 광 속의 집약은 투영장치에서 소비된 전력의 증가없이 스크린상에 투영된 이미지의 휘도를 증가하게 한다. 섬유 광학플레이트 광선 유도부의 광학시스템에 대한 실현은 구조를 간단히 하게 하며 크기를 줄인다. 더구나 상기 투영장치는 섬유 광학 플레이트의 광선 유도부를 통과한 광학 스팩트럼의 전 밴드에 어떤 유형의 원형 이미지 투영을 가능하게 한다.

광선을 광선 빔으로 집약하고 그 광선빔을 대물렌즈의 입사 접안 렌즈로 향하게 하는 광학 시스템의 실시예는 가능하다. 이러한 경우에 광선 유도부의 광학축이 투영 대물렌즈의 광학축과 평행하고 입사 접안 렌즈를 통해 나가지 않을 때, 그 다음 광학 시스템이 포콘(focon), 정렌즈 및 광선 유도부에서 광선의 통로에 연속적으로 위치된 굴절-프리즘으로 형성되는 것은 적당치 않는 한편 포콘과 정렌즈의 일반 광학축이 광선유도부의 광학 축과 일치하도록 만들어질 수 있다. 렌즈의 입사 접안렌즈를 통한 최대 광속을 투과하게 하는 대물렌즈의 입사 접안렌즈와 관련한 분산 광선 유도부에서 방향 및 굴절 프리즘의 구조는 공지된 방법에 따라 잘 알려진 계산방법으로 결정된다.

상기 경우에서, 섬유 광학 플레이트의 광선유도부의 광학축이 렌즈의 입사 접안렌즈로 향할 때, 그 다음 광학시스템은 포콘 그리고 광선유도부에서 광선의 통로를 연속적으로 따르는 정렌즈를 위치하는 것으로 형성하는 것은 적당치 않는 한편 보통 광학 축은 광선유도부의 광학축과 일치하며 투영 대물 렌즈의 입사 접안렌즈로 향한다. 그 경우에 광선의 편향도는 투영 대물렌즈의 입사접안렌즈에 대한 유도요소의 방향에 의한다.

[바람직한 실시예의 설명]

고찰은 텔레비젼 수상관의 스크린으로부터 원형의 이미지를 투영하는 본 발명에 따라 만든 텔레비젼 장치의 제1실시예에서 주어진다. 상기 투영장치는 섬유광학 플레이트(1)(제1도), 원형 이미지의 면(a-a)과 일치하는 광선 유도부(3)의 입사면(2)으로 구성된다. 다른 한편 광선유도부의 입사면(2)을 가진 섬유 광학 플레이트(1)는 텔레비젼 수상관(5)의 스크린(4)에 위치된다. 수상관(5)의 스크린(4)은 인 층(6)(제2도)에 의해 형성되고 광선유도부(3)의 입사면(2)에 붙어있고 알루미늄에 의해 만들어진 광선 반사필름(7)으로 덮여있다. 더욱이 투영장치는 투영 대물렌즈(8)(제1도), 뷰어에 위치된 광선 유도부(3)의 출사면(9)으로 구성된다. 광선 유도부(3)의 광학축(O1-O1)은 투영 대물렌즈(8)의 광학축(O2-O2)과 평행이다. 광학시스템(10)(제2도)은 광선을 광선 빔으로 집약하고 광선 빔을 투영 대물렌즈(8)의 입사 접안렌즈로 향하게 하기 위하여 화살표로 도시된 바와같은 광선의 전파 통로에서 섬유 광학 플레이트(1)의 각 광선 유도부(3)에 형성된다. 광학 시스템(10)은 광선 유도부내의 광선의 통로를 따라 계속 위치된 포콘(12)(제2도), 초승달 모양의 정렌즈(13) 및 굴절 프리즘(14)으로 형성된다. 거기서 포콘(12)및 초승달 모양의 정렌즈(13)의 광학축(O3-O3, O4-O4)은 광선 유도부(3)의 광학축(O1-O1)과 일치한다. 각 광선유도부(3)는 쉘(shell)(15)로 만들어지고 내부 표면은 알루미늄층인 광선 반사층(16)으로 덮여있다.

기재된 투영장치는 다음과 같은 방법으로 동작한다. 전자 광선이 수상관(5)의 스크린에 주사되는 동안, 인 층(6)의 요소 하나하나의 조명은 발산된 광선을 일으킨다. 발산된 광선은 포콘(12), 초승달 모양 정렌즈(13) 및 굴절 프리즘(14)을 통해 간다. 포콘(12)은 출사면에서 발산된 광선을 집약한다. 초승달 모양의 정렌즈(13)는 발산하는 넓은 광선 빔 출사을 포콘(12)에서 발산 협광선 빔으로 변환한다. 광선빔으로 광선의 집약은 상기 방법에 의한다. 그후에 굴절 프리즘(14)은 광선빔을 투영 대물렌즈(8)의 입사 접안렌즈(11)로 편향시킨다.

투영장치의 다른 실시예는 지금부터 설명한다. 상기 투영장치와 제1실시예에서 설명된 장치 사이의 차이는 광선유도부(3)의 광학축(O1-O1)(제3도)이 투영 대물렌즈(8)의 입사 접안렌즈(11)로 향한다는 것이다. 이것은 광선을 광선빔으로 집약하며 그 광선빔을 투영 대물렌즈(8)의 입사 접안렌즈로 향하게 하는 광학시스템(10)(제4도)의 구조를 간단히 하는데 도움이 된다. 상기 광학 시스템(10)은 광선유도부(3)에서 광선의 통로를 연속적으로 따라 포콘(17) 그리고 초승달 모양의 정렌즈(18)를 배치시킴으로써 형성되고, 그것의 광축(O₅-O₅, O₆-O₆)은 광선유도부(3)의 광학축(O₁-O₁)과 일치하고 투영 대물렌즈(8)의 입사 접안렌즈(11)로 향해진다.

상기 투영장치는 제1실시예에 기재된 투영장치와 같은 방법으로 동작한다. 차이는 포콘(17) 및 초승달 모양 정렌즈(18)에 의해 집약된 광선빔이 직접적으로 투영 대물렌즈(8)의 입사 접안렌즈(11)로 향한다는 것이다.

[산업상 이용]

본 발명에 따라 만들어진 투영장치는 텔레비젼 투영 시스템, 투영 표시, 투영 지시계 및 환등기에 가장 효과적으로 이용된다. 상기 투영장치는 높은 발광 효율, 투영된 이미지의 중심 및 단부에서 일정 휘도의 50%를 초과한다. 더욱이 상기 투영장치는 높은 발광효율을 가진 원형의 이미지 크기를 확대하기 위해 투영 대물렌즈의 입사 접안렌즈의 일정 크기를 위한 투영된 이미지의 휘도를 증가하는 것을 가능하게 하며 투영장치의 해상도를 증가하는 것을 가능하게 한다.

Claims (3)

1. 섬유광학 플레이트(1)(제1도), 원형 이미지의 면(a-a)과 일치하는 광선 유도부(3)의 입사면(2)과 뷰어에 위치된 섬유 광학 플레이트(1)의 광선 유도부(3)의 출사면(9) 그리고 투영 대물렌즈(8)로 구성된 투영장치에 있어서, 광선을 광선빔으로 집약하고 그 광선빔을 투영 대물렌즈(8)의 입사 접안렌즈(11)로 향하게 하는 광학시스템(10)이 광선의 전파 통로를 따라섬유 광학 플레이트(1)의 각 광선유도부(3)에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광학시스템(10)이 광선의 통로를 따라 광선유도부(3)내에 연속적으로 배치된 포콘(12), 정렌즈(13) 그리고 굴절 프리즘(14)으로 형성되고, 상기 포콘(12)의 광학축(O₃-O₃)및 상기 정렌즈(13)의 광학축(O₄-O₄)의 광선유도부(3)의 광학축(O₁-O₁)과 일치하는 것을 특징으로 하는 투영장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광학시스템(10)이 광선의 통로를 따라 광선유도부내에 연속적으로 배치된 포콘(17) 정렌즈(18)로 형성되는 한편, 상기 포콘(17)의 광학축(O₅-O₅)과 상기 정렌즈(18)의 광학축(O₆-O₆)의 광선유도부(3)의 광학축(O₁-O₁)과 일치하며 투영 대물렌즈(8)의 입사 접안렌즈(11)로 향하는 것을 특징으로 하는 투영장치.