KR100238802B1 - Projection image display system and a projection method using the same - Google Patents
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Abstract
액튜에이티드 미러 어레이(AMA)를 이용하는 투사형 화상 표시 장치 및 이를 이용한 투사 방법이 개시되어 있다. 투사형 화상 표시 장치는 광을 발생하기 위한 광원; 그 위에 광이 입사되는 다수의 미러를 포함하며, 각각의 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 AMA 광 변조기; 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하며, 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자는 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하며, 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들은 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하며, 제3 렌즈는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 중첩시켜 AMA 광 변조기의 전면에 조사하는 기능을 갖는 소오스 렌즈계; 및 AMA 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비한다. 소오스 렌즈계에 의해 화면의 밝기를 개선하고 AMA 광 변조기에 의한 광량 변조의 균일성을 향상시킬 수 있다.Disclosed are a projection image display device using an actuated mirror array (AMA) and a projection method using the same. The projection image display apparatus includes a light source for generating light; An AMA light modulator comprising a plurality of mirrors on which light is incident, wherein each mirror is modified to correspond to an intensity of a corresponding one of the plurality of pixels displayed on the screen; A first lens array composed of a plurality of lens elements, a second lens array composed of a plurality of lens elements corresponding to respective lens elements of the first lens array, and a third lens, each of the first lens arrays The lens element focuses the light rays generated from the light source to each lens of the corresponding second lens array, each lens element of the second lens array divides the focused light beam into a plurality, and the third lens of the second lens array A source lens system having a function of irradiating the front surface of the AMA light modulator by superimposing each light beam divided by each lens element; And a projection lens for projecting light rays reflected from each mirror of the AMA light modulator onto the screen. The source lens system can improve the brightness of the screen and improve the uniformity of the light amount modulation by the AMA light modulator.
Description
본 발명은 투사형 화상 표시 장치 및 이를 이용한 투사 방법에 관한 것으로, 특히 화상을 스크린 상에 투영하는데 사용되는 액튜에이티드 미러 어레이(Actuated Mirro Array) 광 변조기를 이용하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 화면의 밝기를 개선하고 광 변조의 균일성을 향상시킬 수 있는 투사형 화상 표시 장치 및 이를 이용한 투사 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type image display device and a projection method using the same, particularly in a projection type image display device using an Actuated Mirro Array light modulator used to project an image onto a screen, the brightness of the screen. The present invention relates to a projection type image display apparatus and a projection method using the same, which can improve the optical density and improve the uniformity of light modulation.
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 화상 표시 장치(Direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(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 화상 표시 장치의 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 device is a CRT (Cathode Ray Tube). The CRT device is called a CRT, which has excellent image quality but increases in weight and volume as the screen is enlarged, leading to an increase in manufacturing cost. There is.
투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(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 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(Transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(Reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.Projection type image display apparatuses include liquid crystal displays (hereinafter referred to as LCDs), deformable mirror devices (hereinafter referred to as DMDs), and activated mirror arrays (hereinafter referred to as AMAs). And the like). Such projection image display devices 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 modulators, while DMD and AMA can be classified as Reflective spatial light modulators.
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 응답 속도가 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 the light, the light efficiency is low, there is a problem inherent in the liquid crystal material, for example, there is a disadvantage that the response speed is slow and the inside is easy to overheat. 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 광효율을 제공한다. AMA 광 변조기에서, 각각의 액튜에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 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 광원으로 부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이러한 AMA 광 변조기는 그 구조와 동작 원리가 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 뿐만 아니라, 반사되는 빛의 극성에도 영향을 미치지 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 causes a deformation in accordance with the electric field generated by the applied electrical image signal and the 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 sufficient 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 does not affect 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. 상기 벌크형 AMA는 2개의 압전층들 사이에 중앙 전극을 구비한다. 상기 중앙 전극은 신호 전압을 위한 도전성 에폭시를 갖는 액티브 매트릭스(Active matrix)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 largely classified into bulk type devices and thin film type devices. The bulk AMA has a center electrode between two piezoelectric layers. The central electrode is connected to an active matrix having a conductive 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 한국 특허 출원 제95-13358호에 개시되어 있다.Accordingly, recently, a thin film type AMA (hereinafter referred to as TFAMA) has been developed that can be manufactured using a semiconductor manufacturing process in order to complete the quality of mirror arrays. The TFAMA is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13358, filed May 26, 1995 by the applicant.
TFAMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액튜에이터(thin film piezo-electric actuators)를 이용하는 반사형 광 변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000 개 이상의 화소(Pixel)에 결쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 TFAMA는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 나타내는 640×480 화소의 판(panel)들로 구성된다. 상기 화소들은 광효율을 높이도록 미러 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(Cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 화상 신호 전압이 인가되는 액티브 매트릭스 및 인가된 신호 전압에 의해 작동되는 미러를 포함한다.TFAMA is a reflective light modulator using thin film piezo-electric actuators in conjunction with microscopic mirrors, which combines more than 300,000 pixels of a single-plate mirror to achieve uniformity of large scale integration. It has been developed to have. This TFAMA consists of panels of 640x480 pixels 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.
단판식(Single panel) TFAMA를 이용하는 종래의 투사형 화상 표시 장치 (이하, AMA 프로젝터라 칭함)가 도 1에 도시되어 있다.A conventional projection type image display apparatus (hereinafter referred to as an AMA projector) using a single panel TFAMA is shown in FIG.
도 1을 참조하면, 종래의 AMA 프로젝터(10)는 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(Metal halide lamp)(11), 소오스 스톱(12), 반사 수단(14), 모듈레이션 렌즈(16), AMA 광 변조기(18), 프로젝션 스톱(20), 및 프로젝션 렌즈(22)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the conventional AMA projector 10 includes a 170W to 250W metal halide lamp 11, a source stop 12, a reflecting means 14, and a modulation lens for emitting light. 16), AMA light modulator 18, projection stop 20, and projection lens 22.
소오스 스톱(12)은 광학적으로 불투명한 부재로서, 도 2에 그 확대도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 소오스 스톱(12)은 광선을 차단시키기 위한 차광부(12a)와 광선을 통과시키기 위한 다중 개구(Multi-Aperture)(12b)를 구비한다. 상기 개구(12b)는 바람직하게는 핀홀(Pinhole) 또는 슬릿(Slit)이다. 일반적으로, 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱은 단일 개구를 갖는데, 이 경우 광의 손실이 많아질 뿐만 아니라 단일 개구로 부터 나오는 광선의 각도가 특정 방향, 즉 AMA 광 변조기의 중심부를 향한다. 그 결과, AMA 광 변조기의 중심부에 도달하는 광의 세기가 그 주변부에 도달하는 광의 세기보다 커짐으로써, AMA 광 변조기의 미러가 틸딩(tilting)될 때 광량 변조가 불균일해지는 문제가 발생한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 다중 개구(12b)를 갖는 소오스 스톱(12)을 사용하게 되면, 광의 손실을 적게 하면서 소오스 스톱(12)을 통과하는 광선을 개구 수에 상응하는 개수로 분할한 후 다시 중첩시키므로, 단일 개구를 갖는 소오스 스톱에 비해 광선을 AMA 광 변조기(18) 전면에 균일하게 조사할 수 있다.The source stop 12 is an optically opaque member, the enlarged view of which is shown in FIG. Referring to FIG. 2, the source stop 12 includes a light shielding portion 12a for blocking light rays and a multi-aperture 12b for passing light rays. The opening 12b is preferably a pinhole or slit. In general, the source stop, which determines the amount of light that forms an image, has a single aperture, in which case not only the loss of light is large, but also the angle of the rays exiting from the single aperture is directed in a particular direction, ie the center of the AMA light modulator. . As a result, the intensity of light reaching the center of the AMA light modulator becomes larger than the intensity of light reaching its periphery, resulting in a problem that the amount of light modulation becomes uneven when the mirror of the AMA light modulator is tilted. Therefore, when the source stop 12 having the multiple openings 12b is used as shown in FIG. 2, the light rays passing through the source stop 12 are divided into the number corresponding to the number of openings while reducing the light loss. Since it is then superimposed again, the light can be uniformly irradiated on the entire surface of the AMA light modulator 18 compared to the source stop having a single opening.
반사 부재(14)는 소오스 스톱(12)을 통과하는 광선의 경로를 변경하여 AMA 광 변조기(18)로 조사하는 기능을 수행하며, 바람직하게는 빔 스플리터(Beam splitter)를 사용한다. 상기 빔 스플리터는 광선의 일부는 반사하고 나머지는 투과하는 반사경이다.The reflective member 14 changes the path of the light rays passing through the source stop 12 to irradiate the AMA light modulator 18, and preferably uses a beam splitter. The beam splitter is a reflector that reflects a portion of the light beam and transmits the rest.
프로젝션 스톱(20)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면과 광선을 통과시키도록 형성된 다중 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 상기 프로젝션 스톱(20)은 소오스 스톱(12)의 이미지에 1:1로 대응되어야 하므로, 소오스 스톱(12)이 다중 개구를 갖는 경우 프로젝션 스톱(20) 역시 다중 개구를 갖도록 형성된다.The projection stop 20 is an optically opaque member and has an optically reflective surface and multiple apertures configured to pass light rays. Preferably, the opening is a pinhole or slit. Since the projection stop 20 must correspond 1: 1 to the image of the source stop 12, when the source stop 12 has multiple openings, the projection stop 20 is also formed to have multiple openings.
이하, 종래의 AMA 프로젝터(10)의 작동을 간단히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the conventional AMA projector 10 will be described briefly.
먼저, AMA 프로젝터(10)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(11)로 부터 방출된 광선이 소오스 스톱(12)의 다중 개구(12b)에 의해 다수 개로 분할된 후 다시 중첩되어 반사 부재, 예컨대 빔 스플리터(14)에 조사된다. 상기 빔 스플리터(14)는 조사되는 광선의 일부를 반사하여 모듈레이션 렌즈(16)에 입사시킨다. 상기 모듈레이션 렌즈(16)는 소오스 스톱(12)의 이미지가 프로젝션 스톱(20)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 상기 소오스 스톱(12)을 통과한 광선을 평행광으로 AMA 광 변조기(18)에 조사한다. AMA 광 변조기(18)의 각각의 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기 신호에 따라 틸팅되어 조사된 광선의 세기를 변조한다. 변조된 광선은 다시 모듈레이션 렌즈(16)를 통해 빔 스플리터(14)에 조사된다. 상기 빔 스플리터(14)는 조사된 광선의 일부를 투과시켜 프로젝션 스톱(20)으로 보낸다. 프로젝션 스톱(20)으로 향한 광선은 상기 프로젝션 스톱(20)의 다중 개구를 통과한 후, 프로젝션 렌즈(22)를 통해 스크린 상에 투사됨으로써 화상을 형성한다. 이때, 상기 AMA 광 변조기(18)의 미러로 부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(20)의 다중 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(20)의 다중 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(20)에 대한 AMA 광 변조기(18)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.First, when the AMA projector 10 is driven, the light rays emitted from the halogen metal lamps 11 are divided into a plurality of pieces by the multiple openings 12b of the source stop 12, and then overlapped again to reflect a reflection member such as a beam splitter. (14) is investigated. The beam splitter 14 reflects a part of the irradiated light beam and enters the modulation lens 16. The modulation lens 16 uses the AMA light modulator 18 as a parallel light beam of light passing through the source stop 12 in order for the image of the source stop 12 to correspond 1: 1 to the projection stop 20. Investigate. Each mirror of the AMA light modulator 18 is tilted in accordance with an electrical signal applied to a piezoelectric actuator provided thereunder to modulate the intensity of the irradiated light beam. The modulated light beam is again irradiated to the beam splitter 14 through the modulation lens 16. The beam splitter 14 transmits a portion of the irradiated light beam to the projection stop 20. Light rays directed to the projection stop 20 pass through multiple apertures of the projection stop 20 and then are projected onto the screen through the projection lens 22 to form an image. At this time, the path of the light beam reflected from the mirror of the AMA light modulator 18 determines the intensity of the light beam passing through the multiple apertures of the projection stop 20. That is, the flux of the light rays passing through the multiple apertures of the projection stop 20 is controlled by the direction of the mirror of the AMA light modulator 18 relative to the projection stop 20.
전술한 바와 같은 종래의 AMA 프로젝터(10)는 다중 개구(12b)를 갖는 소오스 스톱(12)을 사용하는 AMA 광 변조기(18)에 의해 광원으로 부터 입사되는 광선의 세기를 변조하여 스크린 상에 결상시킨다.The conventional AMA projector 10 as described above forms an image on a screen by modulating the intensity of light incident from a light source by an AMA light modulator 18 using a source stop 12 having multiple openings 12b. Let's do it.
AMA 프로젝터(10)의 광 효율(Light utilization efficiency)을 증가시키기 위해서는 램프(11)로 부터 발생되는 광을 그 손실을 적게 하면서 AMA 광 변조기(18)에 조사하여야 한다. 상술한 종래의 AMA 프로젝터(10)에 사용되는 소오스 스톱(12)은 차광부(12a)와 다중 개구(12b)를 구비하므로, 상기 차광부(12a)에 의한 광 손실이 커져서 화면의 밝기가 열화된다.In order to increase the light utilization efficiency of the AMA projector 10, the light generated from the lamp 11 should be irradiated to the AMA light modulator 18 with less loss. Since the source stop 12 used in the conventional AMA projector 10 described above includes the light shielding portion 12a and the multiple openings 12b, the light loss caused by the light shielding portion 12a is increased and the brightness of the screen is deteriorated. do.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 AMA 광 변조기를 이용하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 화면의 밝기를 개선하고 광 변조의 균일성을 향상시킬 수 있는 투사형 화상 표시 장치에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a projection type image display apparatus using an AMA optical modulator, which is capable of improving screen brightness and improving uniformity of light modulation. It relates to an image display device.
본 발명의 다른 목적은 상기한 투사형 화상 표시 장치를 이용하여 화면의 밝기를 개선하고 광 변조의 균일성을 향상시킬 수 있는 투사 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a projection method capable of improving the brightness of a screen and improving the uniformity of light modulation by using the projection image display device.
도 1은 종래의 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional projection type image display apparatus.
도 2는 도 1의 장치에 사용되는 소오스 스톱의 확대도이다.2 is an enlarged view of a source stop used in the apparatus of FIG.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing a projection image display apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 장치에 사용되는 소오스 렌즈계의 확대도이다.4 is an enlarged view of a source lens system used in the apparatus of FIG. 3.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10,100 ... AMA 프로젝터11,111 ... 램프10,100 ... AMA Projector
12 ... 소오스 스톱112 ... 소오스 렌즈계12 ... source stop 112 ... source lens system
14, 114 ... 반사 수단117 ... λ/4 판14, 114 ... reflecting means 117 ... λ / 4 plate
16,116 ... 모듈레이션 렌즈18,118 ... AMA 광 변조기16,116 ... modulation lens 18,118 ... AMA optical modulator
20,120 ... 프로젝션 스톱22,122 ... 프로젝션 렌즈20,120 ... projection stop 22,122 ... projection lens
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,
광을 발생하기 위한 광원;A light source for generating light;
그 위에 상기 광이 입사되는 다수의 미러를 포함하며, 각각의 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광 변조기;An actuated mirror array (AMA) light modulator comprising a plurality of mirrors on which the light is incident, wherein each mirror is modified to correspond to the intensity of a corresponding one of a plurality of pixels displayed on the screen ;
다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하며, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자는 상기 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하고, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들은 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하며, 상기 제3 렌즈는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 중첩시켜 상기 AMA 광 변조기의 전면에 조사하는 기능을 갖는 소오스 렌즈계; 및A first lens array comprising a plurality of lens elements, a second lens array consisting of a plurality of lens elements corresponding to each of the lens elements of the first lens array, and a third lens, the first lens array Each lens element of the lens focuses the light rays generated from the light source to each lens of the corresponding second lens array, and each lens element of the second lens array divides the focused light beam into a plurality, and the third lens A source lens system having a function of irradiating the front surface of the AMA light modulator by superimposing each of the light beams divided by the respective lens elements of the second lens array; And
상기 AMA 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치를 제공한다.And a projection lens for projecting light reflected from each mirror of the AMA light modulator onto a screen.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above another object, the present invention,
광원으로 부터 광선을 형성하는 단계;Forming light rays from the light source;
다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하는 소오스 렌즈계에 상기 광선을 입사시키는 단계;The light beam is applied to a source lens system including a first lens array including a plurality of lens elements, a second lens array including a plurality of lens elements corresponding to respective lens elements of the first lens array, and a third lens. Incident;
상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 상기 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하고, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 의해 상기 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하며, 상기 제3 렌즈에 의해 상기 분할된 각 광선을 중첩시켜 다수의 미러를 포함하는 AMA 광 변조기의 전면에 조사하는 단계;Focus the light rays generated from the light source by each lens element of the first lens array to each lens of a corresponding second lens array, and multiple the focused rays by each lens element of the second lens array Dividing into pieces, and overlapping each of the divided rays by the third lens to irradiate the front surface of the AMA light modulator including a plurality of mirrors;
상기 AMA 광 변조기의 각 미러를 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형시키는 단계; 및Modifying each mirror of the AMA light modulator to a deformation size corresponding to the intensity of a corresponding one of the plurality of pixels displayed on the screen; And
상기 AMA 광 변조기의 각 미러로 부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 방법을 제공한다.And projecting light reflected from each mirror of the AMA light modulator onto a screen.
전술한 바와 같이 본 발명은, 광원과 AMA 광 변조기 사이에 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이, 및 제3 렌즈를 구비하는 소오스 렌즈계를 배치한다. 상기 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자는 상기 광원으로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 포커싱하는 기능을 한다. 상기 제2 렌즈 어레이는 종래의 투사형 화상 표시 장치에서 사용되는 다중 개구를 갖는 소오스 스톱에 상응하는 역할을 한다. 즉, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들은 제1 렌즈 어레이에 의해 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하여 제3 렌즈로 입사시킨다. 이때, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자들에 의해 분할된 각 광선의 세기는 균일하다. 상기 제3 렌즈는 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 중첩시켜 상기 AMA 광 변조기의 전면에 조사하는 기능을 수행한다. 상기한 구조의 소오스 렌즈계를 통과한 광선은 제3 렌즈의 각 지점으로 부터 균일한 세기와 균일한 각도로 발산되어 AMA 광 변조기 전면에 균일하게 조사된다.As described above, the present invention provides a first lens array including a plurality of lens elements between a light source and an AMA light modulator, and a second lens including a plurality of lens elements corresponding to respective lens elements of the first lens array. A source lens system including an array and a third lens is disposed. Each lens element of the first lens array has a function of focusing light rays generated from the light source to each lens of a corresponding second lens array. The second lens array corresponds to a source stop having multiple apertures used in a conventional projection type image display apparatus. That is, each of the lens elements of the second lens array divides the light beam focused by the first lens array into a plurality of light rays and enters the third lens. In this case, the intensity of each light beam divided by each lens element of the second lens array is uniform. The third lens performs a function of irradiating the front surface of the AMA light modulator by overlapping each of the light beams divided by the respective lens elements of the second lens array. Light rays passing through the source lens system having the above-described structure are emitted from each point of the third lens at a uniform intensity and a uniform angle, and are uniformly irradiated on the entire surface of the AMA light modulator.
따라서, 본 발명에 의한 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 종래의 투사형 화상 표시 장치에 사용되는 차광부를 갖는 소오스 스톱 대신 상기한 구조를 갖는 소오스 렌즈계를 사용하여 AMA 광 변조기로 광선을 조사하므로, 상기 AMA 광 변조기에 조사되는 광량의 손실을 크게 줄일 수 있어 화면의 밝기를 개선할 수 있다.Therefore, according to the projection type image display device according to the present invention, since the light is irradiated with the AMA light modulator using a source lens system having the above structure instead of the source stop having the light shielding portion used in the conventional projection type image display device, the AMA light The loss of light emitted to the modulator can be greatly reduced, thereby improving the brightness of the screen.
또한, 다수의 렌즈로 이루어진 제2 렌즈 어레이에 의해 광원으로 부터 발생되는 광선을 다수 개로 분할한 후 이들을 제3 렌즈에 의해 다시 중첩하기 때문에, 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈로 부터 분할되어 서로 간섭하는 빛들의 광로차가 중심축으로 부터의 거리에 관계없이 항상 일정하다. 따라서, AMA 광 변조기의 중심부에 조사되는 광선의 세기와 그 주변부에 조사되는 광선의 세기가 균일해진다. 더욱이, 소오스 렌즈계의 제3 렌즈의 각 지점으로 부터 나오는 광선의 발산 각도가 균일하므로, AMA 광 변조기의 전면에 광선을 균일하게 조사할 수 있어 광량 변조의 균일성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the light rays generated from the light source are divided into a plurality of light rays by the second lens array made up of a plurality of lenses, and the light rays are superimposed again by the third lens, they are divided from each lens of the second lens array and interfere with each other. The optical path difference of the lights is always constant regardless of the distance from the central axis. Therefore, the intensity of the light beam irradiated to the center of the AMA light modulator and the intensity of the light beam irradiated to the periphery thereof are made uniform. Furthermore, since the divergence angle of the light rays emitted from each point of the third lens of the source lens system is uniform, the light rays can be uniformly irradiated on the entire surface of the AMA light modulator, thereby improving the uniformity of the light amount modulation.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 단판식 박막형 AMA를 이용하는 투사형 화상 표시 장치 (이하 AMA 프로젝터라 칭함)를 나타내는 개략도로서, 단판식 박막형 AMA를 광 변조기로 이용한 단색(Monochrome) 시스템을 예시한다.FIG. 3 is a schematic diagram showing a projection image display device (hereinafter referred to as an AMA projector) using a single-plate thin film AMA according to an embodiment of the present invention, illustrating a monochrome system using a single-plate thin film AMA as an optical modulator. .
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 AMA 광학적 투사 시스템(100)은 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(111), 소오스 렌즈계(112), 반사 부재(114), 모듈레이션 렌즈(116), AMA 광 변조기(118), 프로젝션 스톱(120) 및 프로젝션 렌즈(122)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the AMA optical projection system 100 according to the present invention includes a halogen metal lamp 111, a source lens system 112, a reflective member 114, and a modulation lens 116 of 170 W to 250 W for emitting light rays. ), An AMA light modulator 118, a projection stop 120, and a projection lens 122.
할로겐 금속 램프(111)는 광학 에너지의 광대역 소오스로서, 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다.The halogen metal lamp 111 is a broadband source of optical energy and emits long wavelength infrared (LWIR) to ultraviolet (UV) light in the spectrum.
소오스 렌즈계(112)는 도 4에 확대 도시된 바와 같이, 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제1 렌즈 어레이(112a), 상기 제1 렌즈 어레이(112a)의 각 렌즈 소자들에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이(112b), 및 제3 렌즈(112c)를 구비하는 소오스 렌즈계를 배치한다. 도 4를 참조하면, 제1 렌즈 어레이(112a)는 그것의 평평한 표면이 램프(111) 쪽을 향하도록 배치되고, 제2 렌즈 어레이(112b)는 그것의 평평한 표면이 제3 렌즈(112c) 쪽을 향하도록 배치되며, 제3 렌즈(112c)는 그것의 평평한 표면이 상기 제2 렌즈 어레이(112b) 쪽을 향하도록 배치된다.As the source lens system 112 is enlarged in FIG. 4, the first lens array 112a including a plurality of lens elements and a plurality of lens elements corresponding to the respective lens elements of the first lens array 112a. And a source lens system including a second lens array 112b and a third lens 112c. Referring to FIG. 4, the first lens array 112a is disposed so that its flat surface faces toward the lamp 111, and the second lens array 112b has its flat surface toward the third lens 112c. The third lens 112c is disposed so that its flat surface faces toward the second lens array 112b.
상기 제1 렌즈 어레이(112a)의 각 렌즈 소자는 상기 램프(111)로 부터 발생되는 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈에 포커싱하는 기능을 한다. 상기 제2 렌즈 어레이(112b)는 종래의 투사형 화상 표시 장치에서 사용되는 다중 개구를 갖는 소오스 스톱에 상응하는 역할을 한다. 즉, 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자들은 제1 렌즈 어레이(112a)에 의해 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하여 제3 렌즈(112c)로 입사시킨다. 이때, 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈로 부터 분할되어 서로 간섭하는 빛들의 광로차가 중심축으로 부터의 거리에 관계없이 항상 일정하므로, AMA 광 변조기(118)의 중심부에 조사되는 광선의 세기와 그 주변부에 조사되는 광선의 세기가 균일해진다. 상기 제3 렌즈(112c)는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 중첩시켜 AMA 광 변조기(118)의 전면에 조사하는 기능을 수행한다. 이때, 상기 제3 렌즈(112c)로 부터 나오는 광선의 발산 각도가 제3 렌즈(112c)의 각 지점에 대해 동일하기 때문에, 상기 광선이 AMA 광 변조기(118)의 전면에 균일하게 조사된다.Each lens element of the first lens array 112a has a function of focusing light rays generated from the lamp 111 onto each lens of the corresponding second lens array 112b. The second lens array 112b corresponds to a source stop having multiple apertures used in a conventional projection image display device. That is, each of the lens elements of the second lens array 112b divides the rays focused by the first lens array 112a into a plurality of light rays and enters the third lens 112c. At this time, since the optical path difference of the light that is divided from each lens of the second lens array 112b and interferes with each other is always constant regardless of the distance from the central axis, the light beam irradiated to the center of the AMA light modulator 118 The intensity and intensity of the light beam irradiated to the periphery thereof become uniform. The third lens 112c performs a function of irradiating the front surface of the AMA light modulator 118 by overlapping the respective light beams divided by the respective lens elements of the second lens array 112b. At this time, since the divergence angle of the light beam emitted from the third lens 112c is the same for each point of the third lens 112c, the light beam is uniformly irradiated on the entire surface of the AMA light modulator 118.
상기 소오스 렌즈계(112)를 통과하는 광선의 경로를 변경하여 AMA 광 변조기(118)로 조사하기 위한 반사 부재(114)로서는 바람직하게는 편광 빔 스플리터(Polarizing beam splitter)를 사용한다. 편광 빔 스플리터(114)는 편광기와 빔 스플리터의 역할을 동시에 수행할 수 있게 제작된 것으로, 직각 프리즘의 빗면에 다중 박막 코팅하여 접착제로 부착한 것이다. 상기 편광 빔 스플리터(114)에 편광되지 않은 단색광을 입사시키면 직진 방향과 직각 방향으로 편광된 광이 나오게 되는데, 입사 평면에 직각으로 된 전기장 벡터인 S-편광은 직각 방향으로 나오고 입사 평면과 나란한 전기장 벡터인 P-편광은 투과된다. 여기서, 상기 편광 빔 스플리터 대신 빔 스플리터를 사용할 수도 있으나, 편광 빔 스플리터를 사용하면 빔 스플리터를 사용하는 경우에 비해 광 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있다.Preferably, a polarizing beam splitter is used as the reflective member 114 for irradiating the AMA light modulator 118 by changing the path of the light ray passing through the source lens system 112. The polarizing beam splitter 114 is manufactured to perform the roles of the polarizer and the beam splitter at the same time. The polarizing beam splitter 114 is a thin film coated on an oblique surface of a right angle prism and attached with an adhesive. When the non-polarized monochromatic light is incident on the polarizing beam splitter 114, light polarized in a direction perpendicular to the straight direction is emitted. The S-polarized light, which is an electric field vector perpendicular to the plane of incidence, is emitted in a direction perpendicular to the plane of incidence. P-polarized light, which is a vector, is transmitted. Here, although the beam splitter may be used instead of the polarizing beam splitter, the use of the polarizing beam splitter has an advantage of reducing the optical loss compared to the case of using the beam splitter.
λ/4 판(117)은 편광 상태의 광을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 (즉, 90°가 되도록 반전시키는) 역할을 한다. 예를 들어, 선형 편광된 광이 λ/4 판을 나오게 되면, λ/4 판의 굴절률 이방성으로 인하여 좌원 또는 우원 편광된 광이 된다.[lambda] / 4 plate 117 serves to delay the light in the polarization state so that the phase difference is 1/4 wavelength (i.e., inverted to be 90 [deg.]). For example, when linearly polarized light exits a λ / 4 plate, it becomes left or right polarized light due to the refractive index anisotropy of the λ / 4 plate.
AMA 광 변조기(118)는 다수의 미러를 포함하며, 이들 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가되는 전기 신호에 따라서 광선의 세기를 변조한다. 즉, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중에서 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형된다.The AMA light modulator 118 includes a plurality of mirrors, which modulate the intensity of the light beam in accordance with an electrical signal applied to the piezoelectric actuator provided thereunder. That is, each mirror is deformed to a deformation size corresponding to the intensity of the corresponding one pixel among the plurality of pixels displayed on the screen.
모듈레이션 렌즈(116)는 소오스 렌즈계(112)를 통과한 이미지가 프로젝션 스톱(120)에 1:1로 대응되도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 소오스 렌즈계(112)를 통과한 광선을 광 손실 없이 평행광으로 AMA 광 변조기(118)에 조사하는 역할을 한다.The modulation lens 116 serves to cause the image passing through the source lens system 112 to correspond to the projection stop 120 at 1: 1. That is, the light beams passing through the source lens system 112 are irradiated to the AMA light modulator 118 with parallel light without light loss.
상기 프로젝션 스톱(120)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 다중 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 상기 프로젝션 스톱(120)은 소오스 렌즈계(112)를 통과한 이미지에 1:1로 대응되어야 한다. 따라서, 본 발명에서는 소오스 렌즈계(112)가 다중 개구의 역할을 하여 램프(111)로 부터 발생되는 광선을 다수 개로 분할하므로, 상기 프로젝션 스톱(120)은 분할되는 광선의 개수에 상응하는 개구 수를 갖도록 형성된다. 상기 프로젝션 스톱(120)의 다중 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 AMA 광 변조기(118)의 각 미러로 부터 반사된 광선의 세기를 제어한다.The projection stop 120 is an optically opaque member and has a front surface that is an optically reflective surface and multiple openings configured to pass light rays. Preferably, the opening is a pinhole or slit. The projection stop 120 must correspond 1: 1 to the image passing through the source lens system 112. Therefore, in the present invention, since the source lens system 112 serves as a multi-opening and divides the light rays generated from the lamp 111 into a plurality, the projection stop 120 determines the number of apertures corresponding to the number of divided light rays. It is formed to have. The flux of light rays passing through the multiple apertures of the projection stop 120 controls the intensity of the light rays reflected from each mirror of the AMA light modulator 118.
상기 프로젝션 렌즈(122)는 프로젝션 스톱(120)의 다중 개구를 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다.The projection lens 122 projects a ray passing through the multiple openings of the projection stop 120 on a screen (not shown) to display an image corresponding thereto.
상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 AMA 프로젝터(100)의 작동 원리를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the AMA projector 100 according to the present invention having the above-described structure will be described in more detail as follows.
먼저, AMA 프로젝터(100)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(111)로 부터 방출된 광선은 소오스 렌즈계(112)의 제1 렌즈 어레이(112a)에 입사된다. 상기 제1 렌즈 어레이(112a)의 각 렌즈 소자는 상기 램프(111)로 부터 방출된 광선을 대응되는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈에 포커싱한다. 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자들은 제1 렌즈 어레이(112a)에 의해 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하여 제3 렌즈(112c)로 입사시킨다. 이때, 상기 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자들에 의해 분할된 각 광선의 세기는 균일하다. 상기 제3 렌즈(112c)는 제2 렌즈 어레이(112b)의 각 렌즈 소자에 의해 분할된 각 광선을 다시 중첩시켜 편광 빔 스플리터(114)에 조사한다. 이때, 상기 제3 렌즈(112c)의 각 지점으로 부터 나오는 광선의 발산 각도는 균일하다.First, when the AMA projector 100 is driven, the light rays emitted from the halogen metal lamp 111 are incident on the first lens array 112a of the source lens system 112. Each lens element of the first lens array 112a focuses the light rays emitted from the lamp 111 onto each lens of the corresponding second lens array 112b. Each of the lens elements of the second lens array 112b divides the rays focused by the first lens array 112a into a plurality of light rays and enters the third lens 112c. At this time, the intensity of each light beam divided by each lens element of the second lens array 112b is uniform. The third lens 112c irradiates the polarizing beam splitter 114 again by overlapping each of the light beams divided by the respective lens elements of the second lens array 112b. At this time, the divergence angle of the light rays emitted from each point of the third lens 112c is uniform.
편광 빔 스플리터(114)는 S-편광을 반사시키고 P-편광을 투과시키므로, 반사된 S-편광은 모듈레이션 렌즈(116)를 통해 평행광으로 λ/4 판(117)에 입사된다. 상기 λ/4 판(117)에 입사된 선형 S-편광은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, AMA 광 변조기(118)에 조사된다. 상기 AMA 광 변조기(118)의 각각의 미러들은 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기 신호에 따라서 액튜에이팅된다. 이때, 상기 미러로 부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(120)에 대한 AMA 광 변조기(118)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.Since the polarizing beam splitter 114 reflects S-polarized light and transmits P-polarized light, the reflected S-polarized light is incident on the λ / 4 plate 117 as parallel light through the modulation lens 116. The linear S-polarized light incident on the [lambda] / 4 plate 117 is irradiated to the AMA light modulator 118 after the phase difference is changed into a quarter wave or a left circle or right circle polarization. Each mirror of the AMA light modulator 118 is actuated in accordance with an electrical signal applied to a piezoelectric actuator provided thereunder. At this time, the path of the light beam reflected from the mirror determines the intensity of the light beam passing through the opening of the projection stop 120. That is, the flux of light rays passing through the opening of the projection stop 120 is controlled by the direction of the mirror of the AMA light modulator 118 relative to the projection stop 120.
만일, 상기 AMA 광 변조기(118)에 전압을 인가하지 않을 경우 (즉, 전압 OFF시), AMA 광 변조기(118)의 각 미러들이 진동하거나 기울어지거나 구부러지지 않으며, 그 결과 광선은 상기 프로젝션 스톱(120)에서 벗어나서 상을 맺게 되므로 스크린(도시되지 않음)에 도달되지 못한다.If no voltage is applied to the AMA light modulator 118 (ie, when the voltage is OFF), the respective mirrors of the AMA light modulator 118 do not vibrate, tilt or bend, so that the beam stops at the projection stop ( 120 will not reach the screen (not shown) as it will be phased out.
만일, 상기 AMA 광 변조기(118)에 최대 전압이 인가되어 AMA 광 변조기(118)의 미러가 완전히 기울어지면, AMA 광 변조기(118) 상에 조사된 광선이 프로젝션 스톱(120)의 다중 개구를 통과하도록 조준된다. 따라서, 상기 AMA 광 변조기(118)에 조사된 광선은 상기 미러에 의해 반사되어 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하게 된다. 상기 AMA 광 변조기(118)의 미러로 부터 반사된 우원 또는 좌원 편광은 상기 λ/4 판(117)으로 역 입사되어, 상기 편광 빔 스플리터(114)로 부터 λ/4 판(117)으로 입사된 선형 S-편광에 대해 위상차가 90°가 됨으로써 선형 P-편광으로 변하게 된다. 이렇게 얻어진 선형 P-편광은 모듈레이션 렌즈(116)를 거쳐 다시 편광 빔 스플리터(114)에 입사된다. 상기 편광 빔 스플리터(114)는 P-편광을 투과시키므로, 투과된 P-편광은 프로젝션 스톱(120)의 다중 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(122)에 의해 스크린 상에 투사된다.If a maximum voltage is applied to the AMA light modulator 118 so that the mirror of the AMA light modulator 118 is completely tilted, the light beam irradiated on the AMA light modulator 118 passes through the multiple openings of the projection stop 120. Is aimed at. Accordingly, the light beam irradiated to the AMA light modulator 118 is reflected by the mirror and is changed back to right or left circularly polarized light. Right or left circularly polarized light reflected from the mirror of the AMA light modulator 118 is reversely incident on the λ / 4 plate 117 and is incident on the λ / 4 plate 117 from the polarization beam splitter 114. As the phase difference becomes 90 ° with respect to the linear S-polarized light, it becomes a linear P-polarized light. The linear P-polarized light thus obtained is incident again to the polarization beam splitter 114 via the modulation lens 116. Since the polarizing beam splitter 114 transmits P-polarized light, the transmitted P-polarized light is projected on the screen by the projection lens 122 after passing through the multiple openings of the projection stop 120.
여기서, 도 3은 단판식 AMA 광 변조기를 사용한 단색 시스템을 예시하고 있으나, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 적색, 녹색 및 청색 투과 필터들(Transmission filters)의 일련의 색 단편들로 이루어진 컬러 휠(Colour wheel)을 사용하여 순차적으로 적색, 녹색 및 청색 광을 단판식(Single panel) AMA 광 변조기에 조사함으로써 적색, 녹색 및 청색 화상들을 표시할 수 있는 단판식 컬러 시스템에 본 발명의 소오스 렌즈계를 적용할 수 있다.Here, FIG. 3 illustrates a monochromatic system using a single-plate AMA light modulator, but according to another preferred embodiment of the present invention, a color consisting of a series of color fragments of red, green and blue transmission filters. Source lens system of the present invention in a single-plate color system capable of displaying red, green and blue images by sequentially irradiating red, green and blue light to a single panel AMA light modulator using a color wheel. Can be applied.
또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, 3판(Three panel)의 AMA 광 변조기를 사용하는 다판식 컬러 시스템에 본 발명의 소오스 렌즈계를 적용할 수 있다.In addition, according to another preferred embodiment of the present invention, the source lens system of the present invention can be applied to a multi-plate color system using a three-panel AMA light modulator.
상술한 바와 같이 본 발명은, 다수의 렌즈 소자들로 이루어지며 그에 대응되는 다수의 렌즈 소자들로 이루어진 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈에 광원으로 부터 발생되는 광선을 포커싱하기 위한 제1 렌즈 어레이, 상기 포커싱된 광선을 다수 개로 분할하기 위한 제2 렌즈 어레이, 및 상기 분할된 각 광선을 중첩시켜 AMA 광 변조기에 조사하기 위한 제3 렌즈를 구비하는 소오스 렌즈계를 사용한다.As described above, the present invention provides a first lens array for focusing light rays generated from a light source on each lens of a second lens array including a plurality of lens elements and corresponding lens elements. A source lens system is provided having a second lens array for dividing the focused light rays into a plurality, and a third lens for superimposing each of the divided light rays and irradiating the AMA light modulator.
따라서, 본 발명에 의한 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 종래의 투사형 화상 표시 장치에 사용되는 차광부를 갖는 소오스 스톱 대신 상기한 구조를 갖는 소오스 렌즈계를 사용하여 AMA 광 변조기로 광선을 조사하므로, 상기 AMA 광 변조기에 조사되는 광량의 손실을 크게 줄일 수 있어 화면의 밝기를 개선할 수 있다.Therefore, according to the projection type image display device according to the present invention, since the light is irradiated with the AMA light modulator using a source lens system having the above structure instead of the source stop having the light shielding portion used in the conventional projection type image display device, the AMA light The loss of light emitted to the modulator can be greatly reduced, thereby improving the brightness of the screen.
또한, 다수의 렌즈로 이루어진 제2 렌즈 어레이에 의해 광원으로 부터 발생되는 광선을 다수 개로 분할한후 이들을 제3 렌즈에 의해 다시 중첩하기 때문에, 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈로 부터 분할되어 빛들의 광로차가 중심축으로 부터의 거리에 관계없이 항상 일정하다. 따라서, AMA 광 변조기의 중심부에 조사되는 광선의 세기와 그 주변부에 조사되는 광선의 세기가 균일해진다.In addition, since the light rays generated from the light source are divided into a plurality of light rays by a second lens array made up of a plurality of lenses, and the light rays are overlapped again by the third lens, the light path of the light is divided from each lens of the second lens array. The car is always constant regardless of its distance from the central axis. Therefore, the intensity of the light beam irradiated to the center of the AMA light modulator and the intensity of the light beam irradiated to the periphery thereof are made uniform.
더욱이, 소오스 렌즈계의 제3 렌즈의 각 지점으로 부터 나오는 광선의 발산 각도가 균일하므로, AMA 광 변조기의 전면에 광선을 균일하게 조사할 수 있어 광량 변조의 균일성을 향상시킬 수 있다.Furthermore, since the divergence angle of the light rays emitted from each point of the third lens of the source lens system is uniform, the light rays can be uniformly irradiated on the entire surface of the AMA light modulator, thereby improving the uniformity of the light amount modulation.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로 부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be understood that this can be changed.
Claims (7)
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