KR19990018837A - Optical System of Projection Image Display Using AM - Google Patents
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Abstract
본 발명은 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템에 관한 것으로, 빛을 방사하는 광원이 구비되고, 상기 광원으로부터 방출되는 빛을 파장에 따라 선택적으로 반사 또는 투사시키되, 입사각의 변화에 따라 반사 및 투사시킬 수 있는 코팅물질이 연속적으로 조절되어 코팅된 경사 다이크로익 필터가 구비되고, 상기 경사 다이크로익 필터에 의해 반사 또는 투사된 빛을 인가된 전기신호에 따라 변조하는 광로조절장치(AMA)가 구비되며, 상기 광로조절장치(AMA)에 의해 변조된 빛을 스크린 상에 투사하는 프로젝션 렌즈를 구비한 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 제공한다.The present invention relates to an optical system of a projection type image display device using AMA, comprising a light source for emitting light, and selectively reflecting or projecting light emitted from the light source according to a wavelength, and reflecting and An inclined dichroic filter coated with a continuously adjustable coating material is coated, and an optical path control device (AMA) for modulating the light reflected or projected by the inclined dichroic filter according to an applied electric signal. The present invention provides an optical system of a projection image display device using an AMA having a projection lens for projecting light modulated by the optical path control device (AMA) onto a screen.
따라서, 입사각의 변경에도 불구하고 파장에 따라 주요빔을 효과적으로 분리하게 되어 최종적으로 스크린상의 색 균일도를 향상시키는 효과를 가져오게 된다.Therefore, despite the change of the incident angle, the main beams are effectively separated according to the wavelengths, resulting in the effect of improving the color uniformity on the screen.
Description
본 발명은 액츄에이티드 미러 어레이(actuated mirror array)를 이용하는 투사형 화상 표시장치(projection display)의 광학시스템(optical system)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빛을 파장에 따라 선택적으로 반사 또는 투사시키는 다이크로익 필터(dichroic filter)에 있어서, 다이크로익 필터의 중심부에 입사되는 입사각을 기준으로하여 변화되는 입사각에 따라 이를 보정할 수 있도록 코팅물질을 연속적으로 형성한 경사 다이크로익 필터(gradient dichroic filter)를 이용하여 색 균일도(color uniformity)를 향상시킬 수 있는 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system of a projection display using an actuated mirror array, and more particularly to a dyke for selectively reflecting or projecting light according to wavelength. In a dichroic filter, a gradient dichroic filter in which a coating material is continuously formed so as to correct it according to an angle of incidence that is changed based on an angle of incidence incident on a center of a dichroic filter. The present invention relates to an optical system of a projection type image display apparatus using AMA which can improve color uniformity.
일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(spatial light modulator)는 광 통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상표시장치(direct-view image display device)와 투사형 화상표시장치(projection-type image display device)로 구분된다.In general, spatial light modulators, which are devices for projecting optical energy onto a screen, can be applied to various fields such as optical communication, image processing, and information display devices. Typically, such devices are classified into a direct-view image display device and a projection-type image display device according to a method of displaying optical energy on a screen.
직시형 화상표시장치의 예로서는 CRT(cathode ray tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.An example of a direct-view image display apparatus is a cathode ray tube (CRT), which is a so-called CRT device, which has excellent image quality but increases in weight and volume as the size of the screen increases, leading to an increase in manufacturing cost. There is.
투사형 화상표시장치로는 액정표시장치(liquid crystal display , 이하 LCD라 칭함), 디포머블 미러 어레이(deformable mirror device , 이하 DMD라 칭함) 및 액튜에이티드 미러 어레이(actuated mirror array , 이하 AMA라 칭함)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상표시장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modualators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMA 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modualators)로 분류될 수 있다.Projection-type image display devices are referred to as liquid crystal displays (hereinafter referred to as LCDs), deformable mirror devices (hereinafter referred to as DMDs), and actuated mirror arrays (hereinafter referred to as AMAs). ). Such projection image display apparatuses can be further divided into two groups according to their optical characteristics. That is, devices such as LCDs can be classified as transmissive spatial light modualators, while DMA and AMA can be classified as reflective spatial light modualators.
LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광 효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광 효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다.Transmission optical modulators, such as LCDs, have a very simple optical structure, which makes them thinner, lighter in weight, and smaller in volume. However, due to the polarity of light, the light efficiency is low, and there is a problem inherent in the liquid crystal material, for example, a slow response speed and a disadvantage in that the inside is easily overheated. In addition, the maximum light efficiency of existing transmission light modulators is limited to a range of 1-2% and requires dark room conditions to provide acceptable display quality.
DMD 및 AMA와 같은 광 변조기는 전술한 LCD 타입의 광 변조기가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위하여 개발되었다.Optical modulators such as DMD and AMA have been developed to solve the problems of the aforementioned LCD type optical modulators.
DMD는 5% 정도의 비교적 양호한 광 효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생한다. 또한, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다.DMD shows a relatively good light efficiency of about 5%, but serious fatigue problems are caused by the hinge structure employed in the DMD. In addition, there is a disadvantage that a very complicated and expensive driving circuit is required.
이에 비해서, AMA는 압전식으로 구동하는 미러 어레이로서, 10% 이상의 광 효율을 제공한다. AMA 광 변조기에서, 각각의 액튜에이터는 인가되는 전기적인 화상신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액튜에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액튜에이터의 상부에 장착된 각각의 미러들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 미러들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이러한 AMA 광 변조기는 그 구조와 동작원리가 간단하며, LCD나 DMD 등에 비해 높은 광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 보통의 실온 광 조건 하에서 밝고 선명한 화상을 제공하기에 충분한 콘트라스트(contrast)를 제공한다. 더욱이, 입사되는 빛의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만아니라, 반사되는 빛의 극성에도 영향을 받지 않는다. 또한, AMA의 반사 특성은 온도에 상대적으로 덜 민감하기 때문에, 고전력의 광원에 의해 쉽게 영향을 받는 다른 장치들에 비해서 스크린의 밝기를 향상시킬 수 있다는 잇점을 갖는다.In contrast, AMA is a piezoelectrically driven mirror array that provides light efficiency of 10% or more. In an AMA light modulator, each actuator generates a deformation in accordance with an electric field generated by an applied electric image signal and a bias voltage. When the actuator causes deformation, each of the mirrors mounted on top of the actuator is tilted. Accordingly, the inclined mirrors can reflect light incident from the light source at a predetermined angle. The AMA optical modulator has a simple structure and operation principle, and can obtain high light efficiency compared to LCD or DMD. It also provides enough contrast to provide a bright and clear image under normal room temperature light conditions. Moreover, it is not only affected by the polarity of the incident light, but also by the polarity of the reflected light. In addition, the reflective properties of the AMA are relatively less sensitive to temperature, which has the advantage of improving the brightness of the screen compared to other devices that are easily affected by high power light sources.
이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(bulk type) 장치와 박막형(thin film type)장치로 구분된다. 벌크형 AMA는 2 개의 압전층들 사이에 중앙 전극을 구비한다. 상기 중앙 전극은 신호전압을 위한 도전성 에폭시를 갖는 액티브 매트릭스(active matirix)에 연결된다. 벌크형 AMA의 상부에는 미러층이 위치하는데, 이 미러층은 최대 30V의 전압 하에서 +/-0.25°의 경사각을 갖는다. 이로 인하여, 벌크형 AMA는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 구조물의 조립에 있어서도 많은 어려움이 있다.Such AMA devices are classified into bulk type devices and thin film type devices. Bulk AMA has a center electrode between two piezoelectric layers. The central electrode is connected to an active matrix having an active epoxy for the signal voltage. On top of the bulk AMA is a mirror layer, which has an inclination angle of +/- 0.25 ° under a voltage of up to 30V. For this reason, bulk AMA requires very high precision in design and manufacture, and there are many difficulties in assembling the structure.
이에 따라, 최근에는 미러 어레이들의 질을 완전하게 하기 위하여 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 AMA(이하 TFAMA라 칭함)가 개발되었다. 상기 TFAMA는 본 출원인에 의해서 1995년 5월 26일에 출원된 바 있는 한국특허 출원 제 95-13358호에 개시되어 있다.Accordingly, recently, a thin film type AMA (hereinafter referred to as TFAMA) that can be manufactured using a semiconductor manufacturing process has been developed to complete the quality of mirror arrays. The TFAMA is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13358 filed on May 26, 1995 by the present applicant.
TFAMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액튜에이터(thin film piezo-electric actuators)를 이용하는 반사형 광 변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000개 이상의 화소(fixel)에 걸쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 TFAMA는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 나타내는 640×480화소의 판(panel)들로 구성된다. 상기 화소들은 광효율을 높이도록 미러 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 화상 신호전압이 인가되는 액티브 매트릭스 및 인가된 신호전압에 의해서 작동되는 미러를 포함한다.TFAMA is a reflective light modulator that uses thin film piezo-electric actuators in conjunction with microscopic mirrors to provide uniformity of large scale integration across more than 300,000 pixels of a single-plate mirror. Has been developed. This TFAMA consists of 640x480 pixel panels representing red (R), green (G) and blue (B), respectively. The pixels are designed as cantilever structures to maximize the mirror surface area to increase the light efficiency. The cantilever structure includes an active matrix to which an image signal voltage is applied and a mirror operated by the applied signal voltage.
3판식(three panel) TFAMA를 이용하는 종래의 광학시스템이 도 1에 도시되어 있다.A conventional optical system using three panel TFAMA is shown in FIG.
도 1을 참조하면, 종래의 광학시스템은 광원(11), 소오스 렌즈(12), 소오스 스톱(13), 소오스 미러(14), 다이크로익 필터(dichroic filter, 17,18), 광로조절장치(20,22,24), 필드 렌즈(30,32,34), 프로젝션 스톱(15) 및 프로젝션 렌즈(16)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional optical system includes a light source 11, a source lens 12, a source stop 13, a source mirror 14, a dichroic filter 17, 18, and an optical path control device. 20, 22, 24, field lenses 30, 32, 34, projection stops 15 and projection lenses 16.
이와같이 구성된 광학 시스템은 광원(11)에서 방사된 고휘도의 빛이 소오스 렌즈(12)에 의해 집속되어 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 소오스 미러(14)상에 조사된다. 주지된 바와 같이 빛은 3가지 주요빔으로 이루어지며, 각각의 주요빔은 파장에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나의 원색을 띤다. 소오스 미러(14)에 조사된 빛은 전량이 반사되어 다이크로익 필터(17,18)에 조사된다.In the optical system configured as described above, light of high luminance emitted from the light source 11 is focused by the source lens 12 and passed through the opening of the source stop 13 to be irradiated onto the source mirror 14. As is well known, light consists of three main beams, each of which has a primary color of red (R), green (G), or blue (B) depending on the wavelength. All the light irradiated to the source mirror 14 is reflected and irradiated to the dichroic filters 17 and 18.
다이크로익 필터(17,18)는 빛을 파장에 의해서 선택적으로 통과시키는 광필터로서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광 중 어느하나의 주요빔만을 반사시키고 다른 주요빔은 투과시킨다.The dichroic filters 17 and 18 are optical filters for selectively passing light by wavelength, reflecting only one main beam of red (R), green (G), and blue (B) light, and the other main beam. Transmits.
다이크로익 필터(17,18)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 소오스 미러(14)에서 전반사되는 빛의 광축상에 경사지게 설치되어 있으며, 그 표면에는 선택적으로 주요빔을 반사 및 투사시킬 수 있도록 코팅물질(19)이 도포되어 있다. 예컨대, 제 1 다이크로익 필터(17)는 조사되는 빛 중에서 적색빔만을 반사시켜 R-AMA(20)에 조사하며, 녹색빔과 청색빔은 코팅물질에 의해 투사되어 다음에 위치하는 제 2 다이크로익 필터(18) 및 G-AMA(24)에 조사된다. 제 2 다이크로익 필터(18) 또한, 소오스 미러(14)에서 전반사되는 빛의 광축상에 경사지게 설치되어 있으며, 그 표면에는 코팅물질(19)이 도포되어 제 1 다이크로익 필터(17)를 투사한 녹색빔과 청색빔중에서 청색빔만을 반사시켜 B-AMA(22)에 조사하며, 녹색빔은 투사되어 G-AMA(24)에 조사되도록 한다.As shown in FIG. 2, the dichroic filters 17 and 18 are installed to be inclined on the optical axis of the light totally reflected by the source mirror 14 so that the main beam may be selectively reflected and projected on the surface thereof. Coating material 19 is applied. For example, the first dichroic filter 17 reflects only the red beam from the irradiated light and irradiates the R-AMA 20, and the green and blue beams are projected by the coating material to be positioned next to the second dike. The loch filter 18 and the G-AMA 24 are irradiated. The second dichroic filter 18 is also inclined on the optical axis of the light totally reflected by the source mirror 14, the coating material 19 is applied to the surface of the second dichroic filter 17 to Among the projected green and blue beams, only the blue beam is reflected to irradiate the B-AMA 22, and the green beam is projected to irradiate the G-AMA 24.
한편, 광로조절장치(20,22,24)에 조사되는 주요빔들은 소오스 스톱(13) 이미지가 광 손실 없이 프로젝션 스톱(15)에 전달될 수 있도록 그 전면에 배치된 필드 렌즈(30,32,34)를 통과한 후 압전 액튜에이터(도면상 미도시됨)에 인가된 전기신호에 따라 광로가 변조되어 다시 필드 렌즈(30,32,34)를 통해 다이크로익 필터(17,18)로 조사된 후 프로젝션 스톱(15)을 향한다. 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 적색빔은 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.On the other hand, the main beams irradiated to the optical path control device (20, 22, 24) are field lenses 30, 32, disposed in front of the source stop (13) so that the image can be transmitted to the projection stop 15 without light loss After passing through 34, the optical path is modulated according to the electrical signal applied to the piezoelectric actuator (not shown in the drawing) and irradiated to the dichroic filters 17, 18 through the field lenses 30, 32, 34 again. Then towards the projection stop 15. The red beam passing through the opening of the projection stop 15 enters the projection lens 16.
즉, 제 1 다이크로익 필터(17)에 의해 반사된 적색빔은 제 1 필드 렌즈(30)를 통해 R-AMA(20)에 조사된다. 상기 R-AMA(20)의 미러(도면상 미도시됨)는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터(도면상 미도시됨)에 인가된 전기신호에 따라서 빛을 변조한다.That is, the red beam reflected by the first dichroic filter 17 is irradiated to the R-AMA 20 through the first field lens 30. The mirror (not shown) of the R-AMA 20 modulates light in accordance with an electrical signal applied to a piezoelectric actuator (not shown) provided thereunder.
한편, 제 1 다이크로익 필터(17)에 의해 투과된 녹색빔 및 청색빔은 제 2 다이크로익 필터(18)에 의해 청색빔이 반사되고 녹색빔이 투과된다. 제 2 다이크로익 필터(18)에 의해 반사된 청색빔은 제 2 필드 렌즈(32)를 통해 B-AMA(22)에 조사되어, 전술한 바와 같은 경로를 거쳐 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다. 이때, 동일 광축상에 있는 제 1 다이크로익 필터(17)는 청색빔을 그대로 투과시킨다.On the other hand, the green and blue beams transmitted by the first dichroic filter 17 are reflected by the second dichroic filter 18 and the blue beam is transmitted. The blue beam reflected by the second dichroic filter 18 is irradiated to the B-AMA 22 through the second field lens 32 and enters the projection lens 16 via the path as described above. At this time, the first dichroic filter 17 on the same optical axis transmits the blue beam as it is.
한편, 제 2 다이크로익 필터(18)를 투과한 녹색빔은 제 3 필드 렌즈(34)를 통해 G-AMA(24)에 조사되며, 전술한 바와 같은 경로를 거쳐 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다. 이때, 동일 광축상에 있는 제 1 및 제 2 다이크로익 필터(17,18)는 녹색빔을 그대로 투과시킨다.On the other hand, the green beam transmitted through the second dichroic filter 18 is irradiated to the G-AMA 24 through the third field lens 34 and enters the projection lens 16 through the path as described above. . At this time, the first and second dichroic filters 17 and 18 on the same optical axis transmit the green beam as it is.
이러한 방식으로, 상기 프로젝션 렌즈(16)는 변조된 적색, 녹색 및 청색의 주요빔을 포함하는 빛을 스크린 상에 투사하여 화상을 형성한다.In this way, the projection lens 16 projects light including a modulated red, green and blue main beam onto the screen to form an image.
한편, 종래의 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템에서는 소오스 스톱(13)을 통과한 빛이 다이크로익 필터(17,18)를 통해 주요빔으로 분리된 후 각각의 광로조절장치(20,22,24)에 의해 변조되어 반사된 주요빔이 프로젝션 스톱(15)을 통과해야 하므로 이와같은 광학 시스템을 구성하기 위해서는 제 1 및 2 다이크로익 필터(17,18)가 소정의 기울기를 갖도록 경사지게 배치된다.On the other hand, in the optical system of the conventional projection type image display device, the light passing through the source stop 13 is separated into the main beam through the dichroic filters 17 and 18, and then each of the optical path control devices 20, 22 and 24 is used. Since the main beam modulated and reflected by H2 must pass through the projection stop 15, the first and second dichroic filters 17 and 18 are inclined so as to have a predetermined inclination in order to construct such an optical system.
그런데 이와같은 종래의 광학 시스템은 다이크로익 필터(17,18)가 소정의 기울기로 경사져 있으므로 소오스 미러(14)에서 제 1 및 2 다이크로익 필터(17,18)에 입사되는 빛의 입사각이 중심부를 기준으로 해서 상단 및 하단쪽으로 갈수록 변경되어 상단쪽은 기준 입사각 보다 작아지며, 하단쪽은 기준 입사각 보다 커지게 되는 광학 시스템 구성상의 오차가 발생된다. 따라서 중심부를 제외한 상단 및 하단쪽에서는 파장에 따른 반사 및 투사 특성이 저하되어 결과적으로 스크린 상에 색이 불균일하게 나타나는 문제가 있었다.However, in the conventional optical system, since the dichroic filters 17 and 18 are inclined at a predetermined inclination, the incident angles of the light incident on the first and second dichroic filters 17 and 18 from the source mirror 14 are different. An error occurs in the optical system configuration that changes toward the upper and lower sides with respect to the center so that the upper side is smaller than the reference incident angle, and the lower side is larger than the reference incident angle. Therefore, the reflection and projection characteristics according to the wavelength is lowered at the upper and lower sides except for the center, and as a result, there is a problem that the color is uneven on the screen.
따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소정의 기울기를 갖도록 경사지게 배치되는 다이크로익 필터에 조사되는 빛의 입사각의 변경을 보정할 수 있도록 입사각의 변화에 따라 다이크로익 필터의 표면에 코팅물질이 연속적으로(continuous) 경사지게 형성되는 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve such a conventional problem, the dichroic filter in accordance with the change in the incident angle to correct the change in the incident angle of the light irradiated to the dichroic filter inclined to have a predetermined inclination SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical system of a projection type image display device in which a coating material is continuously inclined on the surface of the film.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 빛을 방사하는 광원이 구비되고, 상기 광원으로부터 방출되는 빛을 파장에 따라 선택적으로 반사 또는 투사시키되, 입사각의 변화에 따라 반사 및 투사시킬 수 있는 코팅물질이 연속적으로 조절되어 코팅된 경사 다이크로익 필터가 구비되고, 상기 경사 다이크로익 필터에 의해 반사 또는 투사된 빛을 인가된 전기신호에 따라 변조하는 광로조절장치(AMA)가 구비되며, 상기 광로조절장치(AMA)에 의해 변조된 빛을 스크린 상에 투사하는 프로젝션 렌즈를 구비한 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 제공한다.The present invention for realizing the above object is provided with a light source for emitting light, and the coating material that can reflect or project the light emitted from the light source selectively according to the wavelength, the change and the incident angle is changed A gradient dichroic filter which is continuously adjusted and coated is provided, and an optical path control device (AMA) for modulating the light reflected or projected by the gradient dichroic filter according to an applied electric signal is provided. An optical system of a projection type image display device using an AMA having a projection lens for projecting light modulated by the device (AMA) onto a screen.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 경사 다이크로익 필터는 중심부에 입사되는 입사각을 기준으로하여 기울기에 따라 변화되는 입사각을 보정할 수 있도록 상기 경사 다이크로익 필터 표면에 코팅되는 코팅물질이 중심부를 기준으로하여 다단계로 코팅된 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the inclined dichroic filter has a coating material coated on the inclined dichroic filter surface so as to correct an incidence angle that changes according to the inclination based on the incidence angle incident on the center. It is characterized in that the coating on a multi-step basis.
이와같이 구성된 본 발명의 광학 시스템은 광원에서 방출된 빛이 소오스 렌즈, 소오스 스톱 및 소오스 미러를 거쳐 소정의 기울기를 갖도록 기울어져 배치된 다이크로익 필터에 입사될 때 다이크로익 필터의 중심부를 기준으로하여 주변부에 입사되는 입사각은 중심부의 입사각과 약간 상이하게 커지거나 작아지게 된다. 한편, 경사 다이크로익 필터는 이와같은 입사각의 변경을 보정할 수 있도록 코팅물질이 코팅되어 있으므로 입사각의 변경에도 불구하고 파장에 따라 주요빔을 효과적으로 분리하게 되어 최종적으로 스크린상의 색 균일도를 향상시키는 효과를 가져오게 된다.The optical system of the present invention configured as described above is based on the center of the dichroic filter when the light emitted from the light source is incident on the dichroic filter inclined to have a predetermined slope through the source lens, the source stop and the source mirror. Thus, the incident angle incident on the periphery becomes larger or smaller than the incident angle of the central portion. On the other hand, since the inclined dichroic filter is coated with a coating material to compensate for such a change in the incident angle, the main beam is effectively separated according to the wavelength despite the change of the incident angle, thereby improving the color uniformity on the screen. Will bring.
도 1은 종래의 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 도시한 개략도,1 is a schematic diagram showing an optical system of a conventional projection type image display apparatus;
도 2는 종래의 다이크로익 필터를 도시한 사시도,Figure 2 is a perspective view of a conventional dichroic filter,
도 3은 본 발명에 경사다이크로익 필터를 도시한 사시도.Figure 3 is a perspective view of the gradient dichroic filter in the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11 : 광원 12 : 소오스 렌즈11 light source 12 source lens
13 : 소오스 스톱 14 : 소오스 미러13: Source Stop 14: Source Mirror
15 : 프로젝션 스톱 16 : 프로젝션 렌즈15: projection stop 16: projection lens
20 : R-AMA 22 : B-AMA20: R-AMA 22: B-AMA
24 : G-AMA 30 : 제 1 필드 렌즈24: G-AMA 30: first field lens
32 : 제 2 필드 렌즈 34 : 제 3 필드 렌즈32: second field lens 34: third field lens
117 : 경사 제 1 다이크로익 필터117: gradient first dichroic filter
118 : 경사 제 2 다이크로익 필터118: gradient second dichroic filter
119 : 코팅물질119: coating material
이하, 본 발명에 따른 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an optical system of a projection image display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다.An optical system of a projection image display device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3.
도시된 바와 같이, 본 발명은 빛을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 광원(11)이 설치되며, 그 전면에 소오스 렌즈(12), 소오스 스톱(13) 및 소오스 미러(14)를 포함한다. 또한, 경사 다이크로익 필터( gradient dichroic filter , 117,118), 광로조절장치(AMA , 20,22,24), 필드 렌즈(30,32,34), 프로젝션 스톱(15) 및 프로젝션 렌즈(16)를 포함한다.As shown, the present invention is provided with a light source 11 of 170W to 250W for emitting light, and includes a source lens 12, a source stop 13 and a source mirror 14 on the front thereof. In addition, gradient dichroic filters (117, 118), optical path control devices (AMA, 20, 22, 24), field lenses (30, 32, 34), projection stops (15) and projection lenses (16) Include.
광원(11)은 광학 에너지의 광대역 소오스로서, 스펙트럼에서 장파장의 적외선 내지 자외선을 방출한다.The light source 11 is a broadband source of optical energy and emits long wavelength infrared to ultraviolet rays in the spectrum.
소오스 렌즈(12)는 광원(11)로부터 방출되는 빛을 집속시키는 기능을 수행한다. 소오스 스톱(13)은 광학적으로 불투명한 부재에 빛을 통과시킬 수 있도록 개구가 형성되어 있으며, 상기 개구는 핀홀(pin-hole) 또는 슬릿(slit)이다. 상기 소오스 스톱(13)은 화상을 형성하는 빛의 광량을 결정한다. 상기 소오스 스톱(13)의 다음에는 소오스 미러(14)가 배치되는데, 상기 소오스 미러(14)는 광원(11)으로부터 방출되는 빛을 반사하여 1 차적으로 빛의 경로를 변경하여 경사 다이크로익 필터(117,118)에 조사되도록 하는 역할을 한다.The source lens 12 functions to focus light emitted from the light source 11. The source stop 13 has an opening formed to allow light to pass through the optically opaque member, and the opening is a pin-hole or a slit. The source stop 13 determines the amount of light that forms the image. A source mirror 14 is disposed after the source stop 13, and the source mirror 14 reflects light emitted from the light source 11 and changes the path of the light primarily to incline a dichroic filter. (117, 118).
상기 경사 다이크로익 필터(117,118)는 빛을 파장에 따라 주요빔으로 분리하기 위한 색 분리수단으로서, 제 1 경사 다이크로익 필터(117)는 적색빔을 반사시키고 녹색빔 및 청색빔을 투과시키며, 제 2 다이크로익 필터(118)는 청색빔을 반사시키고 녹색빔 및 적색빔을 투과시킨다.The gradient dichroic filters 117 and 118 are color separation means for separating light into main beams according to wavelengths. The first gradient dichroic filter 117 reflects a red beam and transmits a green beam and a blue beam. The second dichroic filter 118 reflects the blue beam and transmits the green and red beams.
한편, 소오스 스톱(13)을 통과한 빛이 경사 다이크로익 필터(117,118)를 통해 주요빔으로 분리된 후 각각의 광로조절장치(20,22,24)에 의해 변조되어 프로젝션 스톱(15)을 통과해야 하므로 이와같은 광학 시스템을 구성하기 위해서는 제 1 및 2 경사 다이크로익 필터(117,118)가 소정의 기울기를 갖도록 경사지게 배치된다.On the other hand, the light passing through the source stop 13 is separated into the main beam through the gradient dichroic filters 117 and 118, and then modulated by the respective optical path control devices 20, 22 and 24 so as to control the projection stop 15. In order to construct such an optical system, the first and second gradient dichroic filters 117 and 118 are disposed to be inclined so as to have a predetermined slope.
한편, 본 발명의 특징적인 구성요소에 따른 경사 다이크로익 필터(117,118)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 중심부에 입사되는 입사각을 기준으로하여 기울기에 따라 변화되는 입사각을 보정할 수 있도록 상기 경사 다이크로익 필터(117,118) 표면에 코팅되는 코팅물질(119)이 중심부를 기준으로하여 다단계로 코팅된다.(실시예에서는 3 단계로 구분된 것 임.) 상기 경사 다이크로익 필터(117,118)의 코팅물질(119)은 코팅 두께를 다르게 하거나 코팅 물질의 광 흡수율이나 반사율을 다르게 함으로써 서로 다른 입사각에 대응하여 광학 시스템에서 요구하는 반사 또는 투사특성을 갖도록 한다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, the inclined dichroic filters 117 and 118 according to the characteristic elements of the present invention are inclined so as to correct the incidence angle changed according to the inclination based on the incidence angle incident on the center portion. The coating material 119 coated on the surfaces of the dichroic filters 117 and 118 is coated in multiple stages based on the center of the dichroic filters (117 and 118). The coating material 119 may have the reflection or projection characteristics required by the optical system in response to different incidence angles by changing the coating thickness or changing the light absorption or reflectance of the coating material.
상기 각각의 광로조절장치(20,22,24)는 압전 물질에 인가되는 전기신호에 따라 변형될 수 있도록 캔틸레버 구조로 형성되는 액튜에이터(도면상 미도시됨)와, 액츄에이터 상부에 실장된 거울면(도면상 미도시됨)의 픽셀에 대응할 수 있도록 M×N 개로 배열되어 구성된다.Each of the optical path control devices 20, 22, and 24 includes an actuator (not shown) formed in a cantilever structure so as to be deformed according to an electrical signal applied to the piezoelectric material, and a mirror surface mounted on the actuator. M × N pieces are arranged so as to correspond to the pixels of FIG.
상기 필드 렌즈(30,32,34)는 소오스 스톱(13)의 이미지가 프로젝션 스톱(15)에 1:1 대응되도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 소오스 스톱(13)을 통과하여 경사 다이크로익 필터(117,118)에 의해 분리된 주요빔이 그에 대응되는 광로조절장치(20,22,24)에 광손실 없이 평행하게 전달될 수 있도록 1 군의 렌즈들로 구성된다.The field lenses 30, 32, and 34 serve to 1: 1 correspond to the projection stop 15 of the image of the source stop 13. That is, the main beams separated by the gradient dichroic filters 117 and 118 through the source stop 13 may be transmitted in parallel to the optical path control devices 20, 22, and 24 corresponding thereto without light loss. It consists of a group of lenses.
상기 프로젝션 스톱(15)은 소오스 스톱(13)과 동일한 재질 및 형상으로 이루어져 광로조절장치(20,22,24)로부터 프로젝션 렌즈(16)로 투사되는 주요빔의 광량을 조절하는 역할을 하며, 상기 프로젝션 렌즈(16)는 스크린(도면상 미도시됨)에 이미지를 투사할 수 있도록 1 군의 렌즈들로 구성된다.The projection stop 15 is made of the same material and shape as the source stop 13 to adjust the amount of light of the main beam projected from the optical path control devices 20, 22, 24 to the projection lens 16. The projection lens 16 is composed of a group of lenses to project an image onto a screen (not shown in the figure).
이하, 본 발명에 따른 투사형 화상 표시장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the projection image display device according to the present invention will be described.
먼저, 본 발명의 광학 시스템을 구동시키면, 광원(11)으로부터 방사된 고휘도의 빛은 소오스 렌즈(12)에 의해 평행광으로 집속되어 소오스 스톱(13)에 의해 그 광량이 결정되며, 소오스 미러(14)에 의해 전량이 반사되어 경사 다이크로익 필터(117,118)상에 조사되어 파장에 따라 3가지 주요빔으로 분리된다.First, when the optical system of the present invention is driven, the high luminance light emitted from the light source 11 is focused into parallel light by the source lens 12, and the amount of light is determined by the source stop 13, and the source mirror ( 14) the whole amount is reflected and irradiated onto the gradient dichroic filters 117 and 118 to be separated into three main beams according to the wavelength.
여기서, 상기 경사 다이크로익 필터(117,118)는 소오스 스톱(13)을 통과한 빛이 다이크로익 필터(117,118)를 통해 주요빔으로 분리된 후 각각의 광로조절장치(20,22,24)에 의해 변조되어 프로젝션 스톱(15)을 통과해야 하는 광학 시스템 구성 상 제 1 및 2 다이크로익 필터(117,118)가 소정의 기울기를 갖도록 경사지게 배치되어야 함은 앞에서 언급한 바 있다.Here, the inclined dichroic filters 117 and 118 are divided into main beams through the dichroic filters 117 and 118 after the light passing through the source stop 13 is applied to the respective optical path control apparatuses 20, 22 and 24. It has been mentioned above that the first and second dichroic filters 117,118 should be inclined so as to have a predetermined inclination in the optical system configuration that must be modulated by and pass through the projection stop 15.
따라서, 제 1 및 2 경사 다이크로익 필터(117,118)에 입사되는 입사각은 중심부를 기준으로 해서 상단 및 하단쪽으로 갈수록 변경되어 상단쪽은 기준 입사각 보다 작아지며, 하단쪽은 기준 입사각 보다 커지게 되는 광학 시스템 구성상의 오차가 발생되는데 본 발명의 경사 다이크로익 필터(117,118)는 코팅물질이 도 3에 도시된 바와 같이 연속적으로(continuous) 예컨대 3 단계로 형성되어 있으므로 입사각의 변경에도 불구하고 파장에 따라 주요빔을 효과적으로 분리하게 된다.Therefore, the incident angles incident on the first and second gradient dichroic filters 117 and 118 are changed toward the upper and lower sides with respect to the center so that the upper side is smaller than the reference incident angle, and the lower side is larger than the reference incident angle. An error occurs in the system configuration. The gradient dichroic filters 117 and 118 of the present invention have a coating material formed continuously, for example, in three stages, as shown in FIG. The main beam is effectively separated.
도 4는 본 발명과 비교예를 나타낸 색 좌표를 도시한 것이다.Figure 4 shows the color coordinates showing the present invention and a comparative example.
본 발명의 경사 다이크로익 필터(117,118)는 코팅물질(119)을 3 단계로 분리하여 조절한 것이며, 비교예의 다이크로익 필터(17,18)는 코팅물질(19)을 균등하게 코팅한 것이며, 동일한 광학 시스템에서 스크린상에 나타나는 칼라를 ANSI 규격에 따라 9등분하여 각 점에 해당하는 녹색빔의 좌표를 체크하여 JND(just noticable difference)를 비교하였다.(1 과 A, 2 와 B …,9 와 I는 서로 동일한 점이다.)The inclined dichroic filters 117 and 118 of the present invention are controlled by separating the coating material 119 into three stages, and the dichroic filters 17 and 18 of the comparative example are coated with the coating material 19 evenly. In the same optical system, the color on the screen is divided into 9 parts according to the ANSI standard, and the coordinates of the green beam corresponding to each point are checked to compare the JND (just noticable difference) (1 and A, 2 and B…, 9 and I are the same.)
도시된 바와 같이, 비교예의 다이크로익 필터(17,18)는 X 좌표의 0.30부터 0.35까지 대략 0.05의 범위에 걸쳐 분포되어 있으며, 은선으로 표시된 1JND의 원호의 주변을 상당히 벗어남을 알 수 있다.As shown, the dichroic filters 17 and 18 of the comparative example are distributed over a range of approximately 0.05 from 0.30 to 0.35 of the X coordinate, and are considerably deviated from the periphery of the circular arc of 1JND indicated by hidden lines.
반면에 본 발명에 따른 경사 다이크로익 필터(117,118)는 X 좌표의 0.26부터 0.28까지 대략 0.02의 범위에 걸쳐 분포되어 있으며, 실선으로 표시된 1 JND의 주변에 집중되어 있음을 알 수 있다.On the other hand, the gradient dichroic filters 117 and 118 according to the present invention are distributed over a range of approximately 0.02 from 0.26 to 0.28 of the X coordinate, and are concentrated around 1 JND indicated by a solid line.
이와같이 경사 다이크로익 필터(117,118)에 의해 분리된 주요빔은 각각 R-AMA(20), G-AMA(22), B-AMA(24)에 조사된다. 상기 광로조절장치(20,22,24)의 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기신호에 따라서 주요빔을 변조한다. 만일 상기 압전 액튜에이터에 오프전압이 인가되면, 미러가 진동하거나 기울어지거나 구부러지지 않으며, 그 결과 상기 주요빔은 미러에 반사되더라도 프로젝션 스톱(15)을 통과하지 못하게 된다. 반면, 압전 액튜에이터에 온 전압이 인가되면 상기 미러가 사용되어지는 실시예에 따라 진동하거나 기울어지거나 또는 구부러져서 주요빔의 세기가 변조된다. 그 결과 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과하는 정도에 따라 광량이 조절되어 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.The main beams separated by the gradient dichroic filters 117 and 118 are irradiated to the R-AMA 20, the G-AMA 22, and the B-AMA 24, respectively. The mirrors of the optical path control devices 20, 22, and 24 modulate the main beams in accordance with electrical signals applied to the piezoelectric actuators provided thereunder. If an off voltage is applied to the piezoelectric actuator, the mirror does not vibrate, tilt or bend, so that the main beam does not pass through the projection stop 15 even if reflected by the mirror. On the other hand, when the on voltage is applied to the piezoelectric actuator, the strength of the main beam is modulated by vibrating, tilting or bending according to the embodiment in which the mirror is used. As a result, the amount of light is adjusted to enter the projection lens 16 in accordance with the degree of passing through the opening of the projection stop 15.
이러한 방식으로 프로젝션 렌즈(16)에 광량이 조절된 적색빔, 녹색빔, 청색빔이 투사되어 단위 화소를 형성하며, M×N의 화소가 배열된 스크린상에서 화상을 형성하게 된다.In this manner, the red, green, and blue beams of which the amount of light is controlled are projected onto the projection lens 16 to form unit pixels, and form an image on a screen on which M × N pixels are arranged.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.The foregoing is merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention and those skilled in the art to which the present invention pertains may make modifications and changes to the present invention without changing the subject matter of the present invention.
따라서 본 발명에 따르면, 광학 시스템 구성상 경사 다이크로익 필터가 기울어져 입사각이 변경되도록 배치되어 있더라도 입사각의 변경을 보정할 수 있도록 코팅물질이 연속적으로 코팅되어 있어 입사각의 변경에도 불구하고 파장에 따라 주요빔을 효과적으로 분리하게 되어 최종적으로 스크린상의 색 균일도를 향상시키는 효과를 가져오게 된다.Therefore, according to the present invention, even if the inclined dichroic filter is arranged to change the incident angle due to the optical system configuration, the coating material is continuously coated so that the change of the incident angle can be corrected according to the wavelength despite the change of the incident angle. This effectively separates the main beam, resulting in an improvement in color uniformity on the screen.
Claims (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19970828 |
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PG1501 | Laying open of application | ||
PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |