KR101248174B1 - Projector with laser lighting source - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 관한 것으로서, 본 발명에서는 R, G, B 광원 중 적어도 하나는 레이저로 구성되는 레이저 광원과, 레이저 광원으로부터의 출광되는 광을 이용하여 영상 이미지를 생성하는 광모듈레이터와, 레이저 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광 경로 상에 위치되며, 레이저 광원으로부터 순차적으로 입사되는 레이저 광을 광의 이동 경로를 변경시키면서 동일한 출사각으로 순차적으로 굴절시키는 광경로변경장치 및 광모듈레이터로부터 생성된 영상 이미지를 확대 투사하는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 의해서 달성 가능하다.The present invention relates to a projector using a laser light source. In the present invention, at least one of the R, G, and B light sources includes a laser light source composed of a laser, and an optical modulator for generating an image image by using light emitted from the laser light source. And an optical path changing device and an optical modulator, which are positioned on an optical path between the laser light source and the optical modulator, and sequentially refract laser light incident from the laser light source at the same exit angle while changing the movement path of the light. It can be achieved by a projector using a laser light source, characterized in that it comprises a projection lens for magnifying and projecting the image image.

Description

레이저 광원을 이용하는 프로젝터{PROJECTOR WITH LASER LIGHTING SOURCE}Projector using laser light source {PROJECTOR WITH LASER LIGHTING SOURCE}

본 발명은 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 광원으로 만들어지는 영상 이미지에 나타나는 스펙클 특성을 감소시키기 위하여 광경로차확대장치, 광경로변경장치 및/또는 디스펙클러를 구비하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projector using a laser light source, and more particularly, to an optical path difference expanding device, an optical path changing device, and / or a despeckler to reduce speckle characteristics appearing in an image image made by a laser light source. The present invention relates to a projector using a laser light source.

손바닥 크기보다 작은 휴대용 소형 프로젝터를 개발하거나 또는 노트북 등에 임베디드로 들어갈 정도 크기의 프로젝터를 상용화하기 위해서는 크기가 작고, 저 소비 전력의 프로젝터를 개발하여야 한다. 크기도 작고 저전력의 프로젝터를 달성하기 위해서는 소비 전력 대비 우수하며 작은 크기의 광원을 사용하여야 한다. 이러한 저전력프로젝터에 가장 적합한 광원으로는 레이저 광원 또는 전계발광소자(LED)를 들 수 있다. In order to develop a portable small projector smaller than the size of a palm or to commercialize a projector that is large enough to be embedded in a laptop, a small size and low power projector must be developed. In order to achieve a small-sized, low-power projector, it is necessary to use a light source of superior size compared to the power consumption. The most suitable light source for such a low power projector is a laser light source or an electroluminescent device (LED).

레이저 광원과 LED는 적은 전력에 높은 휘도의 광을 방출하는 효율적인 광원으로 알려져 있다. 하지만 양 소자는 각각 단점을 가지고 있다. LED는 높은 에땅듀의 광원으로서 레이저 보다 광효율이 못하다는 단점이 있다. 레이저 광원은 LED보다 높은 광효율을 보이지만 스펙클이라는 레이저 특유의 간섭 패턴이 나타나는 단점을 지니고 있다. 따라서 레이저광의 스펙클 현상을 감소시킬 수 있다면 레이저 광원만큼 마이크로 프로젝터에 적합한 소형 광원이 없다.
Laser light sources and LEDs are known as efficient light sources that emit high luminance light at low power. However, both devices have their drawbacks. LED has a disadvantage that it is less efficient than laser as a light source of high etendue. Although the laser light source shows higher light efficiency than the LED, the laser light source has a disadvantage of a laser-specific interference pattern called speckle. Therefore, if the speckle of the laser light can be reduced, there is no small light source suitable for the micro projector as the laser light source.

도 1은 레이저 광원을 사용하며 반사형 광모듈레이터로 구현된 종래 레이저 광원을 이용하는 프로젝터의 구조를 보여주고 있다. 종래 레이저 광원을 이용하는 프로젝터는 R광원 (10R), G광원(10G), 및 B광원(10B)으로 구성되는 레이저 광원과, 50R, 50G, 및 50B로 구성되는 다이크로익 미러, 반사경(51, 53), 디퓨저(20), 빔쉐이퍼(30), 필드렌즈(40), 광모듈레이터(60), 투사렌즈(70), 및 편광빔스플리터(80)로 구성된다. 1 shows a structure of a projector using a laser light source and using a conventional laser light source implemented with a reflective optical modulator. A projector using a conventional laser light source includes a laser light source composed of an R light source 10R, a G light source 10G, and a B light source 10B, a dichroic mirror and a reflector 51 composed of 50R, 50G, and 50B. 53, the diffuser 20, the beam shaper 30, the field lens 40, the optical modulator 60, the projection lens 70, and the polarizing beam splitter 80.

레이저 광원은 R/G/B 광을 순차적으로 조사하는 것이 바람직하다. 레이저 R/G/B 광원(10R, 10G, 10B)을 순차적으로 조사한다는 것은 하나의 프레임을 조사할 전체 시간을 T라 할 때, T/3 시간 동안에는 R 광원을 조사하고, 연이은 T/3 시간 동안에는 G 광원을 조사하고, G 광원 조사 시간에 연이은 T/3 시간 동안에는 B 광원을 조사하는 것을 의미하는 것이다.It is preferable that a laser light source irradiates R / G / B light sequentially. Irradiating the laser R / G / B light sources 10R, 10G, and 10B sequentially means irradiating the R light source for T / 3 time, and the total time to irradiate one frame. While irradiating the G light source, and irradiating the B light source for T / 3 hours subsequent to the G light source irradiation time.

마이크로 프로젝터용 광원은 크기도 작으면서도 광출력이 높은 광원이어야 하기 때문에 레이저 광원이나 전계발광소자(LED) 광원이 적당하다. 세 개의 광원 (10R, 10G, 10B) 중에 적어도 하나의 레이저 광원이 포함되어야 하며, 바람직하게는 세 개 모두 레이저 광원을 사용하거나 또는 필요에 따라서 레이저와 LED를 혼합한 하이브리드 타입으로 구성한다. 상기의 세 광원으로부터 발광되는 광은 각각의 다이크로익 미러 50R, 50G, 50B에 의해 반사 또는 투과되어 디퓨저(20)에 입사된다. 다이크로익 미러 50G는 G광원(10G에서 조사되는 녹색 레이저 광)은 반사시키고 나머지 광은 투과시키는 기능을 하며, 다이크로익 미러 50G는 가시광선 영역을 모두 반사하는 일반 미러를 사용하여도 무방하다. 다이크로익 미러 50R은 R광원(10R에서 조사되는 붉은 색 레이저 광)은 반사사키고, 나머지 파장 영역의 광은 투과시키는 기능을 하며, 다이크로익 미러 50B는 B광원(10B에서 조사되는 청색 레이저 광)은 반사시키고 나머지 파장영역의 광은 투과시키는 기능을 하는 미러이다. A laser light source or an electroluminescent device (LED) light source is suitable because the light source for the micro projector should be a light source having a small size and high light output. At least one laser light source among the three light sources 10R, 10G, and 10B should be included, and preferably all three use a laser light source or a hybrid type in which a laser and an LED are mixed as necessary. Light emitted from the three light sources is reflected or transmitted by the respective dichroic mirrors 50R, 50G, and 50B and is incident on the diffuser 20. The dichroic mirror 50G reflects the G light source (green laser light irradiated from 10G) and transmits the remaining light. The dichroic mirror 50G may use a general mirror that reflects all visible light. . The dichroic mirror 50R reflects the R light source (red laser light irradiated from 10R) and transmits the light in the remaining wavelength range, and the dichroic mirror 50B is the blue light irradiated from the B light source (10B). Light) is a mirror that functions to reflect and transmit light in the remaining wavelength range.

레이저 광원(10R, 10G, 10B)으로부터 출사된 레이저 광은 반사경(51, 53)에 의해 반사된 후 디퓨저(20)에 입사된다. 디퓨저는 광축에 수직하게 진동하고 있어서 디퓨저를 통과하면서 광의 임의성(Randomness)이 증가된다. 이러한 디퓨저(Diffuser)는 레이저광 특유의 스펙클(Speckle)을 제거하기 위한 장치로서 레이저광의 코히어런스(Coherence) 특성을 감소시켜서 스펙클을 감소시킨다.The laser light emitted from the laser light sources 10R, 10G, and 10B is reflected by the reflectors 51 and 53 and then incident on the diffuser 20. The diffuser vibrates perpendicular to the optical axis, increasing the randomness of the light as it passes through the diffuser. The diffuser is a device for removing speckles unique to the laser beam, thereby reducing the speckle by reducing the coherence characteristics of the laser beam.

디퓨저(20)를 통과한 광은 빔 쉐이퍼(Beam Shaper, 30)에 의해 빔 형상이 변형된다. 빔 형상을 변형시키는 이유는 광모듈레이터(60)의 입사면 형상에 적합하게끔 입사되는 빔 모양을 성형하여 광 효율을 좋게 하기 위함이다.The light passing through the diffuser 20 is deformed by the beam shaper 30. The reason for deforming the beam shape is to improve the light efficiency by shaping the beam shape incident to the shape of the incident surface of the optical modulator 60.

빔쉐이퍼(30)의 대표적인 예로는 플라이아이 렌즈를 들 수 있다. 플라이아이 렌즈는 다수 개의 소형 렌즈체로 구현된다. 플라이아이 렌즈에 구현되는 소형 렌즈체는 여러 가지 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 사각볼록렌즈 형상 육각볼록렌즈 형상 및 원형 등으로 구현이 가능하나, 바람직하게는 광모듈레이터의 형상(보다 정확한 표현으로는 광모듈레이터의 유효 화면 형상)과 동일한 형상으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 광모듈레이터의 유효 화면 형상이 사각 형상일 경우 소형 렌즈체의 형상도 사각 형상으로 구비되도록 함으로써 광 손실을 최소화할 수 있다.Representative examples of the beam shaper 30 may be a fly's eye lens. The fly's eye lens is implemented by a plurality of small lens bodies. The small lens body implemented in the fly's eye lens may have various shapes. For example, a rectangular convex lens shape and a hexagonal convex lens shape and a circular shape may be implemented, but it is preferable that the shape of the optical modulator (more accurately, the effective screen shape of the optical modulator) be provided in the same shape. . For example, when the effective screen shape of the optical modulator has a square shape, the light loss can be minimized by providing the shape of the small lens body in a square shape.

도 1의 실시예 에서는 빔쉐이퍼(30)로 양 면에 소형 렌즈체가 구성되어 있는 양면형 플라이아이렌즈를 사용하였으나 단면형 플라이아이 렌즈 두 매를 사용하여도 무방하며, 이러한 양면 혹은 두 매에 각각 형성된 다수의 소렌즈체들은 서로 1대 1로 대응되도록 형성한다.In the embodiment of FIG. 1, a double-sided fly's eye lens having a small lens body on both sides as the beam shaper 30 may be used, but two single-sided fly's eye lenses may be used, respectively. The plurality of small lens bodies are formed to correspond one to one with each other.

필드렌즈(40)는 빔쉐이퍼(30)에 의해 성형된 광을 광모듈레이터(60)로 집속시키는 렌즈로서, 통상 1~3매로 구성하고 이들 렌즈와 빔쉐이퍼(30)와의 거리를 조절함으로써 집속을 정확하게 달성할 수 있다.The field lens 40 is a lens for focusing the light formed by the beam shaper 30 to the optical modulator 60. The field lens 40 is generally composed of one to three pieces and adjusts the distance between these lenses and the beam shaper 30 to adjust the focus. Can be achieved accurately.

광모듈레이터(60)는 입사된 광을 선택적으로 투과, 차단하거나 또는 광경로를 변경시켜 영상 이미지를 형성하는 소자를 의미한다. 광모듈레이터(60)의 대표적인 예로는 DMD (Digital Micromirror Device), 액정디스플레이소자(LCD), LCOS 등이 있다. DMD는 필드 시퀀셜을 이용한 구동 방법으로 화소의 수만 큼 매트릭스 형태로 배열된 디지털 거울(DIGITAL MIRROR)를 이용하여 DLP프로젝터에 사용되는 소자이다. DLP는 광원으로부터 조사된 광을 디지털 거울에 의한 광 경로를 조절하여 스크린으로 반사시킴으로써 계조 및 이미지를 구현하는 프로젝터이다. 액정디스플레이소자(LCD)는 액정을 선택적으로 온/오프하여 이미지를 형성하는 소자이다. 액정 디스플레이 소자를 이용하는 프로젝터로는 직시형과 투사형 및 반사형이 있다. 직시형 프로젝터는 액정디스플레이 소자 뒤의 백라이트로 부터의 광이 액정 패널을 통과하면서 생성된 이미지를 직접적으로 관찰하는 방식이며, 투사형 프로젝터는 액정디스플레이 소자를 통과하면서 생성된 이미지를 투사렌즈를 이용하여 확대한 뒤 스크린에 투사하여 스크린에서 반사되는 이미지를 관찰하는 방식이다. 반사형은 투사형과 거의 같은 구조이지만 하부 기판 상에 반사막을 형성하여서 반사되는 광을 스크린에 확대 투사하는 방식이다. LCoS(Liquid Crystal on Sylicon)는 반사형 액정 디스플레이의 일종으로 종래 액정 디스플리이 소자의 양면 기판 중에서 하부 기판을 투명한 유리 대신에 실리콘 기판을 사용하여 반사형으로 동작시키는 광학소자이다. The optical modulator 60 refers to an element that selectively transmits, blocks, or changes an optical path of incident light to form an image image. Typical examples of the optical modulator 60 include a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD), and an LCOS. DMD is a driving method using field sequential and is a device used in a DLP projector using a digital mirror arranged in a matrix form as many as the number of pixels. DLP is a projector that realizes gradation and an image by reflecting light emitted from a light source to a screen by adjusting a light path by a digital mirror. Liquid crystal display devices (LCDs) are devices that form images by selectively turning on / off liquid crystals. Projectors using liquid crystal display elements include direct view type, projection type and reflective type. The direct view projector is a method of directly observing an image generated while the light from the backlight behind the liquid crystal display device passes through the liquid crystal panel, and the projection type projector uses an projection lens to enlarge the image generated while passing through the liquid crystal display device. It is then projected onto the screen to observe the image reflected off the screen. The reflective type has the same structure as the projection type, but forms a reflective film on the lower substrate to enlarge and project the reflected light onto the screen. Liquid Crystal on Sylicon (LCoS) is a type of reflective liquid crystal display, and is an optical device that operates a reflective substrate using a silicon substrate instead of transparent glass among two-sided substrates of a conventional liquid crystal display device.

도 1의 실시예는 반사형 광학계로서 편광빔스플리터(80)는 광모듈레이터(60)에서 생성된 이미지를 투사렌즈(70)로 전달하는 역할을 한다. 편광빔스플리터(80)는 유리 재질의 육면체 안에 편광분리 막이 대각선으로 형성되어 있는 것으로서 반사형 광학엔진에는 필수적인 광학소자이다.1, the polarization beam splitter 80 serves as a reflective optical system to transfer an image generated by the optical modulator 60 to the projection lens 70. The polarization beam splitter 80 is a diagonal polarization separation film formed in a hexahedron of glass material and is an essential optical element for a reflective optical engine.

편광빔스플리터(80)는 입사되는 광을 편광분리막을 이용하여 S편광은 통과시키고 P편광은 투사렌즈 반대 방향으로 반사시키는 광학 소자이다. 또한 편광빔스플리터는 필요에 따라 P편광은 통과시키고 S편광은 반시시키도록 구성될 수 있다. 그러나 본원 발명에서는 편의상 S편광은 통과시키고 P편광은 반사시키는 구조로 설명을 진행한다. 따라서 레이저 광원(10)에서 출사된 광은 광로상의 어느 한 지점에서 선평광 상태로 전환(Conversion) 해주어야 광효율을 유지할 수 있다. The polarization beam splitter 80 is an optical element that allows incident light to pass through S polarized light and reflects P polarized light in a direction opposite to the projection lens using a polarization separator. In addition, the polarizing beam splitter may be configured to pass P-polarized light and S-polarized light as necessary. However, in the present invention, for the sake of convenience, the description will be made of a structure in which S-polarized light passes and P-polarized light is reflected. Therefore, the light emitted from the laser light source 10 should be converted to the linear flat state at any point on the optical path to maintain the light efficiency.

이렇게 평광빔스플리터(80)의 편광분리막을 통과한 S편광은 반사형 광모듈레이터(60)를 통하여 이미지가 형성되는 과정에서 P편광으로 전환되고, P편광으로 전환된 이미지 광은 다시 한번 편광빔스플리터(80) 안으로 입사되고, 편광분리막과 만나게 된다. 이번에는 이미지 광이 모두 P편광이므로 편광분리막에 모두 반사되어서 투사렌즈(70)로 입사하게 된다. 투사렌즈(70)는 다수 개의 렌즈를 이용하여 형성되는 것으로서, 광모듈레이터(60)에 의해 형성된 이미지를 스크린(미도시)에 확대 투사한다. 도 1에 도시된 종래 레이저 광원을 이용하는 프로젝터는 광효율이 좋고 색 영역이 넓은 장점이 있으나 확대된 투사 영상에 스펙클이라는 간섭 무늬가 발생되는 단점을 갖고 있어 고품질의 프로젝터에는 사용할 수 없는 실상이었다.
The S-polarized light that has passed through the polarization separator of the flat beam splitter 80 is converted to P-polarized light in the process of forming an image through the reflective optical modulator 60, and the image light converted to P-polarized light is once again polarized beam splitter. It enters into (80) and encounters the polarization separator. At this time, since all of the image light is P-polarized light, all of the image light is reflected by the polarization splitting film to enter the projection lens 70. The projection lens 70 is formed using a plurality of lenses, and enlarges and projects an image formed by the optical modulator 60 on a screen (not shown). The projector using the conventional laser light source shown in FIG. 1 has an advantage of high light efficiency and a wide color gamut, but has a disadvantage of generating speckle interference fringes in the enlarged projection image, and thus cannot be used in a high quality projector.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 스펙클을 없앤 영상 이미지를 투사할 수 있는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a projector using a laser light source capable of projecting the image image without speckle.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 스펙클을 없앨 경우 발생될 수 있는 격자 무늬 패턴을 제거할 수 있는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터를 제공하는 것이다.
The present invention is to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a projector using a laser light source that can remove the plaid pattern that may occur when removing the speckle.

본 발명의 상기 목적은 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 있어서, R, G, B 광원 중 적어도 하나는 레이저로 구성되는 광원과, 광원으로부터의 출광되는 광을 이용하여 영상 이미지를 생성하는 광모듈레이터와, 광원과 광모듈레이터 사이의 광 경로 상에 위치되며, 광원으로부터 순차적으로 입사되는 광의 이동 경로를 변경시키면서 동일한 출사각으로 순차적으로 굴절시키는 광경로변경장치와, 광원과 광모듈레이터 사이의 광 경로 상에 위치되며, 광원으로부터 입사되는 레이저 광을 반복적으로 반사시킨 후 출력하는 광경로차확대장치 및 광모듈레이터로부터 생성된 영상 이미지를 확대 투사하는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 의해서 달성 가능하다.
The above object of the present invention is a projector using a laser light source, at least one of the R, G, B light source is a light source consisting of a laser, an optical modulator for generating an image image using the light emitted from the light source, and a light source Located on the optical path between the optical modulator and the optical path changing device for sequentially refracting at the same exit angle while changing the movement path of light sequentially incident from the light source, and is located on the optical path between the light source and the optical modulator It can be achieved by a projector using a laser light source, characterized in that it comprises a light path difference magnification device for repeatedly reflecting the laser light incident from the light source and outputting it, and a projection lens for magnifying and projecting the image image generated from the optical modulator Do.

본 발명에 따른 레이저 광원을 이용하는 프로젝터는 광경로변경장치를 이용하여 시간적 간섭을 없애고, 광경로차 확대장치를 이용하여 공간적 간섭을 제거함으로써 스펙클이 없는 깨끗한 영상 이미지를 제공할 수 있게 되었다.The projector using the laser light source according to the present invention can provide a clear image without speckle by eliminating temporal interference using an optical path changing device and removing spatial interference using an optical path difference expanding device.

또한, 본 발명에 따른 레이저 광원을 이용하는 프로젝터는 광경로변경장치를 이용하여 시간적 간섭을 없앨 경우 발생할 수 있는 격자 무늬 패턴을 플라이아이 렌즈를 추가하여 제거함으로써 스펙클과 격자 무늬 패턴이 제거된 깨끗한 영상 이미지를 제공할 수 있게 되었다.
In addition, the projector using the laser light source according to the present invention, by removing the plaid pattern that can occur when the temporal interference is eliminated by using the optical path changing device by adding a fly-eye lens, the clear image is removed speckle and plaid pattern You can now provide an image.

도 1은 레이저 광원을 사용하며 반사형 광모듈레이터로 구현된 종래 레이저 광원을 이용하는 프로젝터의 구조.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 광경로변경장치.
도 3은 도 2의 광경로변경장치를 채용한 본 발명에 따른 일 실시예의 레이저 광원을 이용하는 프로젝터 장치 구성도.
도 4는 도 2에 제시된 광경로변경장치가 진동함에 따라 광경로변경장치를 통과하는 빔의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 도 1에 제시된 종래 레이저 광원을 이용하는 프로젝터와 도 3에 제시된 본 발명에 따른 일 실시예의 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 의해 스크린에 형성된 영상 이미지의 일 례.
도 6은 광경로차확대장치의 일 예인 라이트 파이프에 의한 광경로 차가 발생하는 원리를 개략적으로 보여주는 도.
도 7은 라이트 파이프 내로 다양한 입사각을 갖는 광이 입사할 경우 반사 횟수에 따라 광경로 차가 얼마나 발생하는지를 보여주는 도.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서 라이트 파이프의 입사면을 출사면보다 큰 직경을 갖도록 형성하고 입사면과 출사면의 광축이 동일한 수평선상에 있지 않고 어긋나도록 형성하는 광경로차확대장치를 구비하는 프로젝터 구성도.
도 9는 본 발명의 일 실시예로서, 도 3의 실시예에서 광경로변경장치와 광원 사이에 플라이아이렌즈를 추가로 배치한 프로젝터 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 일 실시예인 디스펙클러의 다양한 구현예.
도 11은 도 10에 제시된 디스펙클러를 채용한 프로젝터의 구성도.1 is a structure of a projector using a laser light source and using a conventional laser light source implemented with a reflective optical modulator.
Figure 2 is a light path changing apparatus of an embodiment according to the present invention.
3 is a configuration of a projector device using a laser light source according to an embodiment of the present invention employing the light path changing device of FIG.
4 is a schematic cross-sectional view of a beam passing through the optical path changing device as the optical path changing device shown in FIG. 2 vibrates; FIG.
5 is an example of an image image formed on a screen by a projector using the conventional laser light source shown in FIG. 1 and a projector using the laser light source of an embodiment according to the present invention shown in FIG.
FIG. 6 is a view schematically illustrating a principle in which an optical path difference is generated by a light pipe as an example of an optical path difference expanding device.
FIG. 7 is a diagram illustrating how light path differences occur according to the number of reflections when light having various incident angles enters into a light pipe; FIG.
8 is an embodiment of the present invention is provided with a light path difference expanding device for forming the light incident surface of the light pipe to have a larger diameter than the exit surface and the optical axis of the incident surface and the exit surface is not on the same horizontal line Projector Diagram.
FIG. 9 is a diagram illustrating a projector in which an flyeye lens is further disposed between the light path changing device and the light source in the embodiment of FIG. 3.
10 is various embodiments of a despeckler which is one embodiment according to the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram of a projector employing the despeckler shown in FIG. 10.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 특징 및 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the features and preferred embodiments of the present invention.

레이저 광은 동일 파장, 동일 진폭, 동일 위상의 광들의 집합체로서 강한 코히어런스 특성을 갖고 있는 광이기 때문에 빔쉐이퍼에 의해 면광원으로 성형하고 확대한다 할지라도 임의의 간섭 이미지 패턴이 만들어지며 투사된 영상에서는 그 형상이 반점 이미지로 보여지고 이를 스펙클이라 한다. 즉, 스펙클은 간섭 패턴의 일종으로서 밝기의 높낮이가 반복적으로 나타나는 현상이다.Since laser light is a light of the same wavelength, same amplitude, and same phase, and has strong coherence characteristics, even if it is shaped and enlarged as a surface light source by a beam shaper, an arbitrary interference image pattern is produced and projected. In the image, the shape is shown as a spot image and is called speckle. In other words, speckle is a kind of interference pattern, in which a brightness level repeatedly appears.

입사되는 레이저 광의 코히어런스 특성을 감소시키기 위한 방법으로는 레이저 광의 임의성을 증가시키는 것이고, 임의성을 증가시키는 방법으로는 수학식 1에 따라 세 가지 방법이 제안되고 있다.A method for reducing the coherence characteristic of the incident laser light is to increase the randomness of the laser light, and three methods have been proposed according to Equation 1 as a method for increasing the randomness.

Figure 112011001665420-pat00001
Figure 112011001665420-pat00001

파장이나 위상의 가변시킬 경우 시스템이 더욱 복잡해지는 문제점이 나타나기 때문에 일반적으로 입사각을 가변시키는 방법을 사용하였다. 레이저 광원을 이용하는 종래 프로젝터에서는 광모듈레이터(60)에 입사되는 입사각을 가변시키기 위해서 도 1에서와 같이 디퓨저(20)를 사용하였다. 디퓨저(20)란 소정의 확산 능력을 갖고 있는 확산시트를 광축에 수직한 방향으로 진동 혹은 회전운동을 주는 것으로서 통과하는 광에 임의적인 확산각을 더하여 줌으로써 통과하는 광의 입사각을 변경시켜 임의성을 증가시키는 것이다.Since the system becomes more complicated when the wavelength or phase is changed, a method of varying the incident angle is generally used. In the conventional projector using the laser light source, the diffuser 20 is used as shown in FIG. 1 to vary the incident angle incident on the optical modulator 60. The diffuser 20 is a vibrating or rotating motion of a diffusion sheet having a predetermined diffusing ability in a direction perpendicular to the optical axis. The diffuser 20 adds an arbitrary diffusion angle to the passing light to change the incident angle of the passing light to increase randomness. will be.

그러나 상기의 디퓨저(20)를 구성하는 확산시트는 자체의 광흡수율을 갖고 있어서 상당량의 광을 흡수하는 단점이 있다. 일반적으로 디퓨저를 구성하는 확산시트는 80% 정도의 투과율을 보이고 있다. 게다가 확산시트는 제조 공정 시 시트를 일정 방향으로 팽창시켜서 만들기 때문에 일정 방향으로의 방향성을 지니고 있어 부분적으로 편광 방향에 영향을 미친다. 이것은 액정디스플레이를 광모듈레이터로 사용할 경우 광효율에 대단히 좋지 않은 영향을 미치게 된다.However, the diffusion sheet constituting the diffuser 20 has its own light absorption rate and thus has a disadvantage of absorbing a considerable amount of light. In general, the diffusion sheet constituting the diffuser shows a transmittance of about 80%. In addition, the diffusion sheet is made by expanding the sheet in a predetermined direction during the manufacturing process, so that the diffusion sheet has a direction in a certain direction, which partially affects the polarization direction. This has a very bad effect on the light efficiency when the liquid crystal display is used as an optical modulator.

본 발명에서는 광의 진행 경로에 임의의 가변을 주면서도 광효율을 감소시키지 않는 스펙클 제거 방법 및 이러한 광학 엔진을 갖는 프로젝터를 제시하고자 한다. 스펙클은 간섭 패턴이고, 간섭은 진행하는 빛의 코히어런스 길이(Coherence Length)와 깊은 관련이 있다. 진행하는 광들의 경로차(Optical path length difference)가 해당 광의 코히어런스 길이(Coherence length)보다 짧게 되면 간섭이 일어난다. 이것은 여러 간섭계(Interferometer) 테스트에서 검증되고 있는데 다수 광원에 대한 코히어런스 길이(Coherence length)는 표 1과 같다.The present invention proposes a speckle removal method and a projector having such an optical engine that does not reduce the light efficiency while giving any variable to the light propagation path. Speckles are interference patterns, and interference is deeply related to the coherence length of the traveling light. If the optical path length difference of the propagating light becomes shorter than the coherence length of the corresponding light, interference occurs. This has been verified in several interferometer tests. The coherence lengths for many light sources are shown in Table 1.

광원Light source 파장wavelength 코히어런스 길이Coherence length HeNe single modeHeNe single mode 633 ㎚633 nm 100 m100 m HeNeHeNe multimodemultimode 30 ㎝30 cm Argon ionArgon ion 488/515 ㎚488/515 nm 20 ㎜20 mm Dye, not tunedDye, not tuned multimodemultimode 0.2 ㎜0.2 mm Dye, tuned using a wedgeDye, tuned using a wedge multimodemultimode 1.4 ㎜1.4 mm GaAlAs, single modeGaAlAs, single mode 670~905 ㎚670-905 nm 3 m3 m Laser diodeLaser diode multimodemultimode 0.8 ㎜0.8 mm Sodium lampSodium lamp 2 lines @ 589 ㎚2 lines @ 589 nm 0.6 ㎜0.6 mm Sun lightSun light 500 ㎚500 nm 1 ㎛1 μm

일반적으로 레이저 광은 코히어런스 길이(Coherence length)가 매우 긴 코히어런트 광으로써 길이가 100m 가 넘는다. 그러나 반도체 레이저 다이오드의 경우에 있어서는 코히어런스 길이가 매우 짧은 경우가 있는데 바로 멀티모드 레이저다이오드의 경우이다.In general, laser light is a coherent light having a very long coherence length, which is over 100 m in length. However, in the case of a semiconductor laser diode, the coherence length is very short, which is the case of a multimode laser diode.

레이저 공진기는 무수히 많은 공명 주파수를 가지고 있다. 일반적인 이득(Gain) 매질에서는 이득 폭 내에 포함되는 모든 모드가 발진할 수 있다. 이득문턱을 넘는 여러 모드들이 모두 발진할 수 있으므로 다중모드(Multimode) 발진이 이루어진다. 이러한 다중모드 발진 상황에서 각 모드들은 서로 독립적으로 발진하므로 위상이 제각기 다르기 때문에 멀티모드로 발진하는 레이저의 경우 코히어런스 길이는 급격히 짧아지게 된다. 본 발명에서는 이러한 멀티모드 레이저 광원을 사용하여 스펙클 감소를 구현하였다.
Laser resonators have a myriad of resonance frequencies. In a typical gain medium, all modes within the gain range can oscillate. Multiple modes of oscillation can occur because multiple modes can all oscillate over the gain threshold. In this multimode oscillation situation, each mode oscillates independently, so the phases are different. Therefore, the coherence length of the laser which is multi-mode oscillation becomes short. In the present invention, the speckle reduction is implemented by using the multi-mode laser light source.

본원 발명자의 연구에 의하면 간섭을 없애기 위한 광경로차 발생은 복잡한 양상을 보이는 것으로 파악되었다. 이를 보다 자세히 분석하면 레이저 광원에 의한 간섭은 시간적 간섭(Temporal Interference)과 공간적 간섭(Spatial Interference)으로 세분할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 시간적 간섭이란 동일 광경로를 지나온 레이저 광이 동일 지점에 인간이 동일한 영상으로 인지하는 시간 간격 안에서 연속적으로(Sequential) 도착하게 될 경우 이러한 레이저 광들 사이에서 발생하는 간섭을 말하는 것으로서 다른 용어로 종축 간섭(Longitudinal Interference)이라고도 부를 수 있다. 이에 비하여 공간적 간섭은 동일 지점에 동일 시간에 도착하는 광들사이에서 발생하는 간섭으로서 트랜스벌스 간섭(Transverse Interference)으로도 부를 수 있을 것이다.According to the research of the inventors of the present invention, it was found that the generation of optical path difference for removing interference shows a complex aspect. To analyze this in more detail, the interference caused by the laser light source can be subdivided into temporal interference and spatial interference. More specifically, temporal interference refers to the interference that occurs between laser lights when laser light that passes through the same optical path arrives sequentially at the same point within the time interval that humans perceive as the same image. In terminology it may also be called Longitudinal Interference. In contrast, spatial interference may be referred to as transverse interference as interference occurring between lights arriving at the same time at the same point.

본 발명에서는 광경로변경장치를 이용하여 시간적 간섭을 해결하고, 광경로차확대장치를 이용하여 공간적 간섭을 최소화하여 스펙클을 감소시킬 수 있는 광학 엔진 및 이를 사용하는 프로젝터가 제공된다.In the present invention, there is provided an optical engine and a projector using the same, which can solve temporal interference using an optical path changing device and reduce speckle by minimizing spatial interference using an optical path difference expanding device.

우선 레이저 광원에 의해 발생하는 시간적 간섭을 최소화하기 위한 광경로변경장치에 대해 설명하기로 한다. 본 발명에서는 레이저 광원(10R, 10G, 10B)으로부터 방사된 광원이 광모듈레이터(60)에 도달하기 전 단계에서 광경로변경장치를 구비하도록 하였다. 예를 들어 도 1의 종래 레이저 광을 이용하는 프로젝터에서 반사경(51, 53) 중의 적어도 어느 하나를 수직 기준선을 기준으로 상하로 움직이는 반사경으로 형성하였다.First, the optical path changing device for minimizing the temporal interference caused by the laser light source will be described. In the present invention, a light path changing device is provided in a step before the light source radiated from the laser light sources 10R, 10G, and 10B reaches the optical modulator 60. For example, in the projector using the conventional laser light of FIG. 1, at least one of the reflectors 51 and 53 is formed as a reflector that moves up and down with respect to the vertical reference line.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 광경로변경장치이며, 도 3은 도 2의 광경로변경장치를 채용한 본 발명에 따른 일 실시예의 레이저 광원을 이용하는 프로젝터 장치 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광경로변경장치(90)는 전면에 반사면을 구비하고 반사면의 수선(92)을 기준으로 일정 주파수에 따라 상하 방향으로 움직이도록 구성되는 광학 장치이다. 광경로변경장치(90)를 기능적으로 설명하면 방사되는 레이저 광원으로부터 순차적으로 입사되는 광의 이동 경로를 변경시키면서 동일한 출사각으로 순차적으로 굴절시키는 광학소자라 할 수 있다. 도 2는 도 1의 종래 레이저 광원을 이용하는 프로젝터의 구성에서 반사경(53)을 본 발명에 따른 광경로변경장치(90)로 대체한 상태를 도시한 부분도이다. 도 2에서 실선으로 도시된 광경로변경장치(90)는 최상의 위치에 놓여진 상태를 도시한 것이고, 파선으로 도시된 광경로변경장치(90)는 가장 낮은 위치에 놓여진 상태를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 광경로변경장치(90)가 최상의 위치에 놓여진 경우에는 레이저 광원으로부터 출사된 광은 광경로변경장치(90)에 의해 반사된 후 실선의 광원(b)과 같은 경로를 따라 진행하고, 광경로변경장치(90)가 최하의 위치에 놓여진 경우에는 레이저 광원으로부터 출사된 광은 광경로변경장치(90)에 의해 반사된 후 파선의 광원(a)과 같은 경로를 따라 진행하게 된다. 따라서 양 광원(a, b)의 이동 경로는 광경로변경장치(90)에 의해 약 'd' 만큼 차이가 발생되게 된다. 즉, 광경로변경장치(90)에 의해 진행하는 광들의 경로차(optical path length difference)가 길어지도록 하는 것이다. 보다 구체적으로는 광경로변경장치(90)는 연속적으로 도착되는 레이저 광이 서로 다른 경로를 이용하여 스크린에 도달되도록 함으로써 레이저 광에 의한 시간적 간섭을 감소시키게 되는 것이다.2 is an optical path changing apparatus of an embodiment according to the present invention, and FIG. 3 is a configuration diagram of a projector apparatus using the laser light source of an embodiment according to the present invention employing the optical path changing apparatus of FIG. As shown in FIG. 2, the optical path changing device 90 according to the present invention is an optical device having a reflective surface on its front surface and configured to move in a vertical direction at a predetermined frequency with respect to the water line 92 of the reflective surface. . When the optical path changing device 90 is functionally described, the optical path changing device 90 may be referred to as an optical device that sequentially refracts at the same emission angle while changing a movement path of light sequentially incident from the emitted laser light source. FIG. 2 is a partial view showing a state in which the reflector 53 is replaced with the light path changing device 90 according to the present invention in the configuration of the projector using the conventional laser light source of FIG. 1. The light path changing device 90 shown in solid line in FIG. 2 shows a state in which it is placed in the best position, and the light path changing device 90 shown in broken line shows a state in the lowest position. As shown in FIG. 2, when the light path changing device 90 is positioned at the best position, the light emitted from the laser light source is reflected by the light path changing device 90 and then passes through the same path as that of the solid light source b. When the light path changing device 90 is placed at the lowest position, the light emitted from the laser light source is reflected by the light path changing device 90 and then travels along the same path as the broken light source a. Done. Therefore, the movement paths of the light sources a and b are different by about 'd' by the light path changing device 90. In other words, the optical path change device 90 has a long optical path length difference. More specifically, the optical path changing device 90 reduces the temporal interference caused by the laser light by allowing laser light that arrives continuously to reach the screen using different paths.

광경로변경장치(90)의 진동판이 빠르게 진동함에 따라 반사되는 빔 경로는 연속적으로 변하게 되어 스크린에 순차적으로 도달하는 광들의 경로에 차이가 발생해서 시간적 간섭이 줄고 스펙클이 감소하게 된다.As the diaphragm of the optical path changing device 90 vibrates rapidly, the reflected beam path is continuously changed, so that a difference occurs in the paths of light sequentially reaching the screen, thereby reducing temporal interference and reducing speckle.

광경로변경장치(90)는 초소형 모터를 이용해서 구현할 수 있다. 초소형 모터로 구현하는 손쉬운 구현 예로는 스피커를 개조하는 것이다. 스피커는 고정된 영구 자석과, 인가되는 전류 주파수에 따라 움직이는 코일과, 움직이는 코일에 진동판을 부착하는 구조로 구성되는데, 진동판 대신에 반사판을 부착하면 손쉽게 구현할 수 있다. 진동판 대신에 반사판이 부착된 스피커에 교류 전원을 인가하면, 인가된 전원 주파수에 따라 주기적으로 코일이 진동하고 이에 따라 부착된 반사판이 수직축을 기준으로 상하 진동하게 된다.The optical path changing device 90 may be implemented using a micro motor. An easy example of implementing a very small motor is to modify the speaker. The speaker is composed of a fixed permanent magnet, a coil moving according to the applied current frequency, and a structure for attaching a diaphragm to the moving coil, which can be easily implemented by attaching a reflector instead of the diaphragm. When AC power is applied to the speaker with the reflector instead of the diaphragm, the coil periodically oscillates according to the applied power frequency, and the attached reflector vibrates up and down about the vertical axis.

이때 진동 주파수는 60Hz 이상이 되는 것이 좋지만 무한정 커지는 것은 모터의 기계적 한계가 있어 불가능하다. 2,000Hz 이상은 소형 모터의 기계적 한계로 인해서 부착된 미러의 안정성에 문제가 발생하였다. 광경로변경장치(90)를 구성하는 반사판은 대각선의 길이를 10mm 이하로 형성하였다. 반사판은 일반적인 유리 계열의 전반사 거울을 사용해도 무방하나 60Hz 이상의 주파수로 지속적으로 진동하기 때문에 기계적 안정성을 위해 얇은 필름 상에 금속층을 증착하는 반사 필름으로 형성하는 것이 바람직하다. 이때 반사 필름의 반사율은 95%이상인 것을 사용하는 것이 좋다. 반사판의 대각선 크기가 10mm 이하이기 때문에 충분히 작은 소형 모터를 이용하여 구동할 수 있으며 상하 진동폭은 기계적인 안정도를 위해 1mm 이하로 수직축을 기준으로 상하 진동하도록 하였다.At this time, the vibration frequency is better than 60Hz, but it is impossible to increase indefinitely because there is a mechanical limit of the motor. Above 2000 Hz, mechanical limitations of the small motors caused problems with the stability of the attached mirrors. The reflecting plate constituting the optical path changing device 90 has a diagonal length of 10 mm or less. Reflector plate may be a general glass-based total reflection mirror, but because it is constantly vibrating at a frequency of 60Hz or more, it is preferable to form a reflective film for depositing a metal layer on a thin film for mechanical stability. At this time, the reflectance of the reflective film is preferably 95% or more. Since the diagonal size of the reflector is less than 10mm, it can be driven by a small enough motor. The vertical vibration width is 1mm or less with respect to the vertical axis for mechanical stability.

도 4는 도 2에 제시된 광경로변경장치가 진동함에 따라 광경로변경장치를 통과하는 빔의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 광경로변경장치의 반사판이 진동함에 따라 빔의 단면은 옆으로 길게 늘어나게 된다. 이것은 진행하는 광의 경로를 변경시키는 효과 외에도 일종의 디더링(Dithering) 효과를 주게 된다. 도 4에서 보는 바와 같이 광경로변경장치의 반사판이 최저위치에서 최상 위치 사이를 진동함에 따라 화살표(L) 방향으로 빔 형상(91)에서부터 빔 형상(93)으로 지속적으로 변형함으로써 스크린에서 구현되는 영상의 균일도(Uniformity)를 증가시켜 영상이 훨씬 부드럽게 느끼게 하는 효과가 있다.
4 is a schematic cross-sectional view of a beam passing through the optical path changing device as the optical path changing device shown in FIG. 2 vibrates. As the reflecting plate of the optical path changing device vibrates, the cross section of the beam is elongated laterally. This gives a kind of dithering effect in addition to the effect of changing the path of the traveling light. As shown in FIG. 4, as the reflector of the optical path changing device vibrates from the lowest position to the highest position, the image is realized on the screen by continuously deforming from the beam shape 91 to the beam shape 93 in the direction of the arrow L. FIG. This increases the uniformity of the image, making the image feel much smoother.

도 5는 도 1에 제시된 종래 레이저 광원을 이용하는 프로젝터와 도 3에 제시된 본 발명에 따른 일 실시예의 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 의해 스크린에 형성된 영상 이미지의 일 례이다. 도 5(a)는 도 1에 제시된 종래 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에서 스크린에 투사되는 점 광원 영상 이미지를 나타낸 것이고, 도 5(b) 및 도 5(c)는 도 3에 제시된 본 발명에 따른 프로젝터에서 광경로변경장치를 구성하는 반사판을 각각 100Hz 또는 200Hz로 진동시킬 경우 스크린에 형성되는 영상 이미지의 일 례이다.FIG. 5 is an example of an image image formed on a screen by a projector using the conventional laser light source shown in FIG. 1 and a projector using the laser light source of an embodiment according to the present invention shown in FIG. 5 (a) shows a point light source image projected onto a screen in a projector using the conventional laser light source shown in FIG. 1, and FIGS. 5 (b) and 5 (c) show the projector according to the present invention shown in FIG. Is an example of a video image formed on a screen when the reflector constituting the optical path changing device vibrates at 100 Hz or 200 Hz, respectively.

도 5(a), 도 5(b) 및 도 5(c)에서 사용한 레이저 광원의 형상은 모두 동일한 점 광원 형상을 사용하였다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이 반사판의 진동이 없을 경우 스크린 상에 점 광원을 형성하던 이미지는 도 5(b)에 도시한 바와 같이 반사판의 진동 횟수가 증가하면 스크린에 맺혀지는 이미지가 중심에서 가장 넓은 폭을 가지고 중심에서 좌우로 멀어질수록 좁은 폭을 갖는 길쭉한 럭비공 형상으로 변하게 된다. 반사판의 진동 횟수가 더욱 증가하면 스크린에 맺혀지는 이미지는 도 5(c)에 도시된 바와 같이 별 형상과 유사하게 중심으로부터 사방으로 현란하게 움직이는 형상으로 변하게 된다. 본원 발명자의 다양한 실험에 의하면 광경로변경장치(90) 반사판의 최적 진동수는 점 광원을 스크린에 투사하였을 때 도 5(b)에 도시된 바와 같이 늘어진 럭비공 형상의 이미지가 형성되는 시점임을 알 수 있었다.
The shape of the laser light source used in FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c) all used the same point light source shape. As shown in FIG. 5 (a), when the reflection plate is not vibrated, the image forming the point light source on the screen is the center of the image formed on the screen when the number of vibrations of the reflector increases as shown in FIG. 5 (b). As it moves from side to side with its widest width at, it becomes elongated rugby ball shape with narrow width. As the number of vibrations of the reflector increases further, the image formed on the screen is changed into a shape moving in all directions from the center, similarly to a star shape, as shown in FIG. According to various experiments of the present inventors, the optimum frequency of the reflector of the light path changing device 90 is a point in time when the point light source is projected onto the screen, as shown in FIG. there was.

그런데, 광경로변경장치(90)의 반사판이 빠르게 진동함에 따라 반사되는 빔 경로는 연속적으로 변하게 되어 스크린에 순차적으로 도달하는 광들의 경로에 차이가 발생하고, 상기 광로차가 코히어런스 길이에 근접해 감에 따라 입사광들의 간섭현상이 줄고 스펙클이 감소하게 된다.However, as the reflecting plate of the optical path changing device 90 vibrates rapidly, the reflected beam path is changed continuously so that a difference occurs in the paths of light sequentially reaching the screen, and the optical path difference approaches the coherence length. As a result, interference of incident light is reduced and speckle is reduced.

그러나 이러한 레이저 광원을 이용하는 프로젝터는 광효율이 좋고, 레이저 광원임에도 불구하고 스펙클이 감소된 이미지를 구현할 수 있지만, 확대된 투사영상에 격자 패턴이 발생하는 단점을 갖고 있다. However, the projector using the laser light source has good light efficiency and can realize an image with reduced speckle despite being a laser light source, but has a disadvantage of generating a grid pattern in the enlarged projection image.

상기의 격자패턴은 레이저 고유의 특성과 플라이아이렌즈(빔쉐이퍼)와의 상호 관계로 나타나는 현상이다. 플라이아이렌즈의 빔쉐이핑 원리는 다음과 같다. The above grating pattern is a phenomenon that is manifested by the mutual relationship between the characteristics of the laser and the fly's eye lens (beam shaper). The beamshaping principle of the fly's eye lens is as follows.

광이 플라이아이렌즈를 통과할 때 광은 플라이아이렌즈를 구성하는 다수의 미소렌즈를 통과하게 되고, 이때 각 미소렌즈로부터 형성되는 사각형의 광면을 필드렌즈를 이용해서 같은 위치로 중첩시키면 점 또는 원형의 광이 우리가 원하는 사각형의 면광원으로 변형되게 되는 것이다. 이러한 중첩과정은 다수의 사각 유리를 대충 쌓아놓은 것처럼 미소렌즈 외곽부의 패턴이 다중 겹쳐서, 마치 모눈종이 같은 격자 패턴이 형성된다. 일반적인 광을 사용하는 경우, 에땅듀(ETANDUE)가 높기 때문에 광의 중첩과정 중에 광빔들은 서로 많이 섞여서 상기의 격자패턴이 흐려져서 눈에 인지되지 않게 되지만, 낮은 에땅듀의 성질을 갖고있는 레이저 광을 사용하는 경우에는 상기의 격자패턴이 눈에 인지되는 정도로 나타나는 현상이 자주 발생하게 된다.
When the light passes through the fly's eye lens, the light passes through a plurality of micro lenses constituting the fly's eye lens. At this time, if a rectangular optical surface formed from each micro lens is superimposed to the same position using a field lens, a dot or a circle The light is transformed into a square surface light source that we want. This overlapping process overlaps the pattern of the outer part of the microlens as if a plurality of rectangular glasses are roughly stacked, thereby forming a grid pattern like a grid paper. In the case of using general light, since the ETANDUE is high, the light beams are mixed with each other during the overlapping process so that the lattice pattern is blurred and not recognized by the eye. In this case, a phenomenon in which the grid pattern is perceived to the eye often occurs.

본원 발명자는 이러한 격자 패턴을 두 가지 장치에 의해 해결할 수 있음을 알 수 있었다. 그 중 하나의 방식은 광경로차확대장치를 이용하는 것이고, 나머지 방식은 광원과 광경로변경장치 사이에 광빔을 확대하는 광학소자를 추가하는 방법이다.The inventors have found that this lattice pattern can be solved by two devices. One method is to use an optical path difference expanding device, and the other method is to add an optical element for expanding the light beam between the light source and the optical path changing device.

우선 첫 번째 방식인 광경로차확대장치를 이용하는 방식에 대해 설명하기로 한다.First, the method of using the optical path difference expanding device, which is the first method, will be described.

광경로차확대장치의 일 례로는 라이트 파이프(또는 '라이트 가이드'라 불리기도 함)를 들 수 있다. 도 6은 광경로차확대장치의 일 예인 라이트 파이프에 의한 광경로 차가 발생하는 원리를 개략적으로 보여주는 도이다. 도 6에서 보는 바와 같이 광경로 a와 b는 전혀 다른 경로로 라이트 가이드 내부를 진행한다. 이러한 a와 b의 다른 광경로(Optical Path length Difference) 차이가 레이저 광의 코히어런스 길이보다 길게 되면 간섭이 발생하지 않기 때문에 스펙클이 사라지게 된다.An example of a light path difference magnifier is a light pipe (also called a light guide). FIG. 6 is a view schematically illustrating a principle in which an optical path difference is generated by a light pipe, which is an example of an optical path difference expanding device. As shown in FIG. 6, light paths a and b travel inside the light guide in completely different paths. If the difference between the optical path length difference between a and b is longer than the coherence length of the laser light, the speckle disappears because no interference occurs.

도 7은 라이트 파이프(105) 내로 다양한 입사각을 갖는 광이 입사할 경우 반사 횟수에 따라 광경로 차가 얼마나 발생하는지를 보여주는 도면이다. 도 7(a)는 비교적 작은 입사각(θ1, θ2)을 가지고 입사되는 레이저광을 도시한 예이고, 도 7(b)는 도 7(a)보다 큰 입사각(θ3, θ4)을 가지고 라이트 파이프에 입사되는 레이저광을 도시한 예이다. 도 7(a)에 도시한 바와 같이 입사광이 입사면(103)과 약 45도의 비교적 적은 각도로 라이트 파이프에 입사하는 경우 레이저 광 a 및 b는 라이트 가이드 경계면(101)에서 약 4번의 반사를 이루고 있음을 알 수 있다. 그러나 도 7(b)에 도시된 바와 같이 입사광이 입사면(103)과 약 60도 정도의 큰 각으로 입사하는 경우 라이트 파이프 경계면(101)에서 d 광은 8번 반사가 일어났고 c 광은 7번 반사가 일어남을 알 수 있다. 단순한 육안 관찰로도 도 7(b)의 경우가 도 7(a) 경우보다 광 경로차가 훨씬 크게 차이가 나는 것을 알 수 있다. 이와 같이 간단한 도면을 통해서 살펴보면 반사횟수가 증가할수록 경로차는 증가한다는 것을 알 수 있는데 레이저 광이 라이트 파이프 내로 입사하는 입사각이 커질수록 반사 회수는 증가함을 알 수 있다. 마찬가지로 라이트 파이프의 길이가 증가할수록 반사 회수가 증가하리라는 것을 알 수 있으며, 동일 길이라면 라이트 파이프의 단면 폭이 줄어들수록 반사회수가 증가한다. 하지만 라이트 파이프(100)의 입사면(103)과 큰 각도를 유지하면서 입사되는 레이저 광일수록 라이트 파이프(100)의 출사면(105)에서 출사되는 출사각도 커지게 되므로 라이트 파이프를 통과한 후 광을 수광시키는데 어려움이 있다.FIG. 7 is a diagram illustrating how light path differences occur according to the number of reflections when light having various incident angles enters the light pipe 105. FIG. 7 (a) shows an example of laser light incident with relatively small incident angles [theta] 1 and [theta] 2, and FIG. 7 (b) has a larger incident angle [theta] 3 and [theta] 4 than in FIG. 7 (a). This is an example showing incident laser light. As shown in FIG. 7A, when incident light enters the light pipe at a relatively small angle of about 45 degrees with the incident surface 103, the laser lights a and b make about four reflections at the light guide interface 101. It can be seen that. However, as shown in FIG. 7B, when the incident light is incident at a large angle of about 60 degrees with the incident surface 103, the d light is reflected 8 times and the c light is 7 at the light pipe interface 101. It can be seen that the burn reflection occurs. Even with simple visual observation, it can be seen that the optical path difference of FIG. 7 (b) is much larger than that of FIG. 7 (a). As described above, it can be seen that the path difference increases as the number of reflections increases. As the incident angle of the laser light incident into the light pipe increases, the number of reflections increases. Similarly, it can be seen that as the length of the light pipe increases, the number of reflections increases, and if the same length, the number of reflections increases as the cross-sectional width of the light pipe decreases. However, as the laser light incident while maintaining a large angle with the incident surface 103 of the light pipe 100 increases, the emission angle emitted from the exit surface 105 of the light pipe 100 also increases, so that light is emitted after passing through the light pipe. Difficulty receiving light.

따라서 광경로차를 증가시켜서 공간적 간섭의 효과를 없애기 위해서는 라이트 파이프를 얇고 길게 형성하고, 또한 레이저 광을 라이트 파이프에 큰 각도로 입사시켜면 된다는 결론이 나온다. 그러나 이러한 라이트 파이프에 있어서 다음과 같은 문제점이 존재한다.Therefore, in order to eliminate the effects of spatial interference by increasing the optical path difference, it is concluded that the light pipe is formed thin and long, and the laser light is incident on the light pipe at a large angle. However, the following problems exist in such a light pipe.

1) 입사각이 증가할수록 라이트 파이프 입사면에서 반사율이 증가하고 투과율은 감소해서 라이트 파이프 내로 광을 입사시키기 힘들어진다.1) As the angle of incidence increases, the reflectance increases and the transmittance decreases at the light pipe incidence plane, making it difficult to inject light into the light pipe.

2) 입사각이 너무 작으면 라이트 파이프 내에서 반사가 일어나지 않고 바로 관통해버리는 광량이 증가하게 된다.2) If the angle of incidence is too small, the amount of light passing through the light pipe without reflection does not occur.

3) 도 6에서 도시된 바와 같이 라이트 파이프 전후의 입사각과 출사각은 서로 상관하여 변화한다. 따라서 입사각을 크게 할수록 출사각 또한 증가해서 집광하는데 어려움이 수반된다.3) As shown in FIG. 6, the incident angle and the exit angle before and after the light pipe change in correlation with each other. Therefore, the larger the angle of incidence, the more the output increases and the more difficult it is to collect light.

4) 반사회수가 증가할수록 라이트 파이프 내부에서 흡수하는 광량이 증가해서 전체적인 광효율이 안좋아지며, 전체 광학엔진의 크기가 증가하게 된다.4) As the number of reflections increases, the amount of light absorbed inside the light pipe increases, resulting in poor overall light efficiency and an increase in the size of the entire optical engine.

5) 라이트 파이프의 단면 폭이 감소할수록 광원에서 출발한 광을 라이트가이드 내로 집어넣기 위한 얼라인(Alignment)이 힘들어져서 생산성이 줄어든다.
5) As the cross-sectional width of the light pipe decreases, productivity is reduced due to the difficulty of alignment to insert the light from the light source into the light guide.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법 중의 하나로서 라이트 파이프를 할로우(Hollow) 형태로 형성하는 방법이 있다. 라이트 파이프를 중공형으로 만들게 되면 상기 1)번의 문제점과 같은 입사각 증대에 따른 반사율 증가에 대한 문제점을 해결할 수 있다.
One of the methods for solving such a problem is a method of forming a light pipe in a hollow form. If the light pipe is made hollow, it is possible to solve the problem of increase in reflectance due to an increase in incident angle, such as the problem of 1).

도 8은 본 발명의 일 실시예로서 라이트 파이프의 입사면을 출사면보다 큰 직경을 갖도록 형성하고 입사면과 출사면의 광축이 동일한 수평선상에 있지 않고 어긋나도록 형성하는 광경로차확대장치(100)를 구비하는 프로젝터 구성도이다.FIG. 8 is a view illustrating an optical path expanding apparatus 100 configured to form an incident surface of a light pipe having a larger diameter than an emitting surface and to shift the optical axes of the incident surface and the emitting surface without being on the same horizontal line as an embodiment of the present invention. Projector configuration diagram having a.

본 발명에 따른 레이저 광원을 이용하는 프로젝터는 R광원 (10R), G광원(10G), 및 B광원(10B)으로 구성되는 레이저 광원(10)과, 50R, 50G, 및 50B로 구성되는 다이크로익 미러(50), 반사경(51), 광경로변경장치(90), 광경로차확대장치(100), 필드렌즈(40), 광모듈레이터(60), 투사렌즈(70), 및 편광빔스플리터(80)로 구성된다. The projector using the laser light source according to the present invention includes a laser light source 10 composed of an R light source 10R, a G light source 10G, and a B light source 10B, and a dichroic composed of 50R, 50G, and 50B. Mirror 50, reflector 51, optical path changing device 90, optical path difference expanding device 100, field lens 40, optical modulator 60, projection lens 70, and polarizing beam splitter ( 80).

레이저 광원(10)은 R/G/B 광을 순차적으로 조사하는 것이 바람직하다. 레이저 R/G/B 광원(10R, 10G, 10B)을 순차적으로 조사한다는 것은 하나의 프레임을 조사할 전체 시간을 T라 할 때, T/3 시간 동안에는 R 광원을 조사하고, 연이은 T/3 시간 동안에는 G 광원을 조사하고, G 광원 조사 시간에 연이은 T/3 시간 동안에는 B 광원을 조사하는 것을 의미하는 것이다.It is preferable that the laser light source 10 irradiate R / G / B light sequentially. Irradiating the laser R / G / B light sources 10R, 10G, and 10B sequentially means irradiating the R light source for T / 3 time, and the total time to irradiate one frame. While irradiating the G light source, and irradiating the B light source for T / 3 hours subsequent to the G light source irradiation time.

마이크로 프로젝터용 광원은 크기도 작으면서도 광출력이 높은 광원이어야 하기 때문에 레이저 광원이나 전계발광소자(LED) 광원이 적당하다. 세 개의 광원 (10R, 10G, 10B) 중에 적어도 하나의 레이저 광원이 포함되어야 하며, 바람직하게는 세 개 모두 레이저 광원을 사용하거나 또는 필요에 따라서 레이저와 LED를 혼합한 하이브리드 타입으로 구성한다. 다이크로익 미러 50G는 G광원(10G에서 조사되는 녹색 레이저 광)은 반사시키고 나머지 광은 투과시키는 기능을 하며, 다이크로익 미러 50G는 가시광선 영역을 모두 반사하는 일반 미러를 사용하여도 무방하다. 다이크로익 미러 50R은 R광원(10R에서 조사되는 붉은 색 레이저 광)은 반사사키고, 나머지 파장 영역의 광은 투과시키는 기능을 하며, 다이크로익 미러 50B는 B광원(10B에서 조사되는 청색 레이저 광)은 반사시키고 나머지 파장영역의 광은 투과시키는 기능을 하는 미러이다. A laser light source or an electroluminescent device (LED) light source is suitable because the light source for the micro projector should be a light source having a small size and high light output. At least one laser light source among the three light sources 10R, 10G, and 10B should be included, and preferably all three use a laser light source or a hybrid type in which a laser and an LED are mixed as necessary. The dichroic mirror 50G reflects the G light source (green laser light irradiated from 10G) and transmits the remaining light. The dichroic mirror 50G may use a general mirror that reflects all visible light. . The dichroic mirror 50R reflects the R light source (red laser light irradiated from 10R) and transmits the light in the remaining wavelength range, and the dichroic mirror 50B is the blue light irradiated from the B light source (10B). Light) is a mirror that functions to reflect and transmit light in the remaining wavelength range.

레이저 광원(10R, 10G, 10B)으로부터 출사된 레이저 광은 반사경(51)에 의해 반사된 후 광경로변경장치(90)로 입사된다. 전술한 바와 같이 광경로변경장치(90)는 레이저 광원(10)으로부터 연속적으로 입사되는 광을 이동 경로를 변경시키면서 동일한 출사각으로 굴절시키는 광학소자이다.The laser light emitted from the laser light sources 10R, 10G, and 10B is reflected by the reflector 51 and then enters the light path changing device 90. As described above, the optical path changing device 90 is an optical element that refracts light incident continuously from the laser light source 10 at the same emission angle while changing the movement path.

광경로변경장치(90)를 통과한 광은 광경로차확대장치(100)로 입사된다. 광경로차확대장치(100)는 입사되는 레이저 광의 입사각 또는 입사 위치에 따라 발생되는 진행 경로차이를 확대하는 광학 장치이다. 전술한 바와 같이 광경로변경장치(90)로는 라이트 파이프가 주로 사용되고 있다. 통상의 라이트 파이프는 도 6에 도시된 바와 같이 입사면과 출사면의 면적이 동일하고, 입사면과 출사면의 광축이 직선상에 위치되는 것인데 비해 도 8의 실시예에 도시된 라이트 파이프는 입사면과 출사면의 광축이 평행한 직선상에 놓이지 않고 어긋나며, 입사면의 면적이 출사면의 면적보다 큰 것을 특징으로 한다.The light passing through the optical path changing device 90 is incident to the optical path difference expanding device 100. The optical path difference expanding apparatus 100 is an optical device that enlarges a traveling path difference generated according to an incident angle or an incident position of an incident laser light. As described above, the light pipe is mainly used as the light path changing device 90. In the conventional light pipe, as shown in FIG. 6, the area of the entrance face and the exit face are the same, and the optical axes of the entrance face and the exit face are located on a straight line, whereas the light pipe shown in the embodiment of FIG. 8 is incident. The optical axis of the surface and the emission surface is shifted without being placed on a parallel straight line, and the area of the incident surface is larger than that of the emission surface.

도 8과 같은 광경로차확대장치(100)를 사용하면 입사면과 출사면의 광축이 어긋나 있으므로 작은 입사각으로 입사되는 광이 반사없이 관통하는 현상을 방지할 수 있다. 또한 광경로차확대장치(100)의 입사면의 면적을 출사면의 면적보다 크게 형성함으로써 입사광이 입사면에서 반사되어 광경로확대장치(100)로 원활하게 입사되지 못하고 반사되는 문제 및 얼라인 곤란함도 해결할 수 있는 장점이 있다. 도 8의 광경로차확대장치(100)의 경우 입사광이 입구 쪽에서 약 2번의 반사가 일어나게 함으로써 광경로확대장치(100)의 가로 길이를 축소할 수 있게 되는 장점이 있다.When using the optical path difference expanding apparatus 100 as shown in FIG. 8, since the optical axes of the incident surface and the exit surface are shifted, it is possible to prevent a phenomenon that light incident at a small incident angle penetrates without reflection. In addition, since the area of the incident surface of the optical path difference expanding apparatus 100 is made larger than the area of the exit surface, incident light is reflected from the incident surface and is not smoothly incident on the optical path expanding apparatus 100. There is also an advantage that can be solved. In the case of the optical path difference expanding apparatus 100 of FIG. 8, the incident light is reflected twice at the entrance, thereby reducing the horizontal length of the optical path expanding apparatus 100.

다음으로 필드렌즈(40)에 의해 레이저 광이 집광된다. 필드렌즈(40)는 광경로차확대장치(100)로부터 출력되는 레이저 광을 광모듈레이터(60)로 집속시키는 렌즈로서, 통상 1~3매로 구성하고 이들 렌즈와 광경로차확대장치(100)와의 거리를 조절함으로써 집속을 정확하게 달성할 수 있다.Next, the laser light is focused by the field lens 40. The field lens 40 is a lens for focusing the laser light output from the optical path difference expanding device 100 to the optical modulator 60. The field lens 40 is composed of one to three sheets, and the lens and the optical path difference expanding device 100 Focusing can be achieved accurately by adjusting the distance.

광모듈레이터(60)는 입사된 광을 선택적으로 투과, 차단하거나 또는 광경로를 변경시켜 영상 이미지를 형성하는 소자를 의미한다. 광모듈레이터(60)의 대표적인 예로는 DMD (Digital Micromirror Device), 액정디스플레이소자(LCD), LCOS 등이 있다.The optical modulator 60 refers to an element that selectively transmits, blocks, or changes an optical path of incident light to form an image image. Typical examples of the optical modulator 60 include a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD), and an LCOS.

도 8의 실시예는 반사형 광학계로서 편광빔스플리터(80)를 사용하였다. 편광빔스플리터(80)는 광모듈레이터(60)에서 생성된 이미지를 투사렌즈(70)로 전달하는 역할을 한다. 편광빔스플리터(80)는 유리 재질의 육면체 안에 편광분리 막이 대각선으로 형성되어 있는 것으로서 반사형 광학엔진에는 필수적인 광학소자이다.8 uses a polarizing beam splitter 80 as a reflective optical system. The polarization beam splitter 80 transmits an image generated by the optical modulator 60 to the projection lens 70. The polarization beam splitter 80 is a diagonal polarization separation film formed in a hexahedron of glass material and is an essential optical element for a reflective optical engine.

편광빔스플리터(80)는 입사되는 광을 편광분리막을 이용하여 S편광은 통과시키고 P편광은 투사렌즈 반대 방향으로 반사시켜는 광학 소자이다. 따라서 레이저 광원(10)에서 출사된 광은 광로상의 어느 한 지점에서 선평광 상태로 전환(Conversion) 해주어야 높은 광효율을 유지할 수 있다. The polarization beam splitter 80 is an optical element that allows incident light to pass through S polarized light and reflects P polarized light in a direction opposite to the projection lens using a polarization separator. Therefore, the light emitted from the laser light source 10 needs to be converted to a linear flat state at any point on the optical path to maintain high light efficiency.

이렇게 평광빔스플리터(80)의 편광분리막을 통과한 S편광은 반사형 광모듈레이터(60)를 통하여 이미지가 형성되는 과정에서 P편광으로 전환되고, P편광으로 전환된 이미지 광은 다시 한번 편광빔스플리터(80) 안으로 입사되고, 편광분리막과 만나게 된다. 이번에는 이미지 광이 모두 P편광이므로 편광분리막에 모두 반사되어서 투사렌즈(70)로 입사하게 된다. 투사렌즈(70)는 다수 개의 렌즈를 이용하여 형성되는 것으로서, 광모듈레이터(60)에 의해 형성된 이미지를 스크린(미도시)에 확대 투사한다.
The S-polarized light that has passed through the polarization separator of the flat beam splitter 80 is converted to P-polarized light in the process of forming an image through the reflective optical modulator 60, and the image light converted to P-polarized light is once again polarized beam splitter. It enters into (80) and encounters the polarization separator. At this time, since all of the image light is P-polarized light, all of the image light is reflected by the polarization splitting film to enter the projection lens 70. The projection lens 70 is formed using a plurality of lenses, and enlarges and projects an image formed by the optical modulator 60 on a screen (not shown).

격자패턴이 발생되지 않도록 하는 두 번째 방법은 광원과 광경로변경장치 사이에 광빔을 확대하는 광학소자인 광빔확대장치를 추가하는 방법이다.A second method of preventing the grating pattern from occurring is to add a light beam expanding device, which is an optical element that enlarges the light beam, between the light source and the light path changing device.

레이저의 점광원을 광빔확대장치를 이용하여 더 넓은 원형광으로 변조하여서 광경로변경장치에 입사시키면, 광경로변경장치를 통과한 넓은 면적의 광빔은 플라이아이렌즈에서 많은 미소렌즈를 관통하게 된다. 광빔의 면적이 포함하게 되는 미소렌즈의 양이 많을수록 더욱 많은 사각 면광원이 중첩하게 되고 상기의 격자 패턴의 농도가 흐려져서 인지 되지 않는 수준으로 내려가게 된다.When the point light source of the laser is modulated into a wider circular light by using a light beam expanding device and then enters the light path changing device, a large area light beam passing through the light path changing device passes through many microlenses in the fly's eye lens. As the amount of the microlenses including the area of the light beam increases, more square plane light sources overlap, and the density of the lattice pattern is clouded down to an unrecognized level.

광원에서 광경로변경장치까지의 거리는 마이크로 프로젝터용 광학 시스템인 만큼 그 거리가 대단히 짧다(수 cm 미만에 불과함). 이렇게 짧은 거리에서 충분히 광빔의 면적을 확대하기 위해서는 오목렌즈가 좋으며, 바이콘케이브(bi-concave) 혹은 콘케이브(concave) 렌즈 타입이 바람직하다.The distance from the light source to the optical path changing device is very short (only a few cm) as it is an optical system for micro projectors. In order to sufficiently enlarge the area of the light beam at such a short distance, a concave lens is preferable, and a bi-concave or concave lens type is preferable.

그러나 이러한 렌즈들의 경우 적색(Red), 청색(Blue), 녹색(Green)의 3색 광원이 모두 렌즈의 중심부위(광축)에 들어가도록 얼라인(alignment)해야 하며 그 톨러런스(Tolerance) 또한 대단히 민감하여서 생산성 저하라는 문제점을 발생시킨다.However, these lenses must be aligned so that all three colors of red, blue, and green light sources enter the center of the lens (optical axis), and their tolerance is also very sensitive. This causes a problem of reduced productivity.

이를 해결하기 위해서 본 발명에서는 광빔확대장치의 일 례로서 플라이아이렌즈를 사용하였다. 플라이아이렌즈의 미소렌즈는 콘벡스(convex) 혹은 바이콘벡스(bi-convex) 렌즈로서 통과하는 광빔은 전체적으로 커지게 되어 광빔확대장치로 사용할 수 있으며, 다중 미소렌즈의 중첩효과는 2번 반복되게 됨으로써 상기의 격자 패턴은 감소하여 사람 눈에 인지되기 어렵게 된다. 플라이아이렌즈는 다중의 미소렌즈로 구성된만큼 그 톨러런스도(tolerance) 아주 좋다. In order to solve this problem, the present invention uses a fly's eye lens as an example of the light beam expanding apparatus. The microlenses of the fly's eye lens are convex or bi-convex lenses, and the light beam passing through them becomes larger and can be used as a light beam expanding device.The overlapping effect of multiple microlenses is repeated twice. As a result, the grid pattern is reduced, making it difficult to be perceived by the human eye. A fly's eye lens has a very good tolerance because it is composed of multiple micro lenses.

도 9는 본 발명의 일 실시예로서, 도 3의 실시예에서 광경로변경장치(90)와 광원(10R, 10G, 10B) 사이, 보다 정확하게는 광경로변경장치(90)와 반사경(51) 사이, 에 광빔확대장치(31)의 하나인 플라이아이렌즈를 추가로 배치한 프로젝터 구성도이다. 추가로 배치되는 플라이아이렌즈(31)는 종래의 플라이아이렌즈(30)과 똑같은 구조의 렌즈일 필요는 없다. 플라이아이렌즈(30)의 곡률은 필드렌즈(40)과 함께 패널 입사면에 형성하는 조명 면적을 결정하도록 선택되어진다. 그러나 추가로 배치되는 플라이아이렌즈(31)는 광경로변경장치(90)에 입사되는 광에 영향을 미칠뿐이다. 물론 추가 플라이아이렌즈(31)의 곡률이 높을 경우 광경로변경장치(90)에 입사되는 광 빔의 면적이 증가하며, 너무 크게 되면 최종적으로 투사렌즈를 통과하는 광량이 감소하게 된다. 플라이아이렌즈(31)의 곡률과 크기는 광학시스템의 크기 즉 광축상의 길이에 따라 변화 조정 제작되어야 한다.
9 is an embodiment of the present invention, in the embodiment of FIG. 3, between the light path changing device 90 and the light sources 10R, 10G, and 10B, more precisely, the light path changing device 90 and the reflecting mirror 51. In the meantime, a projector configuration diagram in which a fly's eye lens, which is one of the light beam expanding apparatuses 31, is further disposed. The fly's eye lens 31 additionally disposed need not be a lens having the same structure as the conventional fly's eye lens 30. The curvature of the fly's eye lens 30 is selected to determine the area of illumination to be formed in the panel incident surface with the field lens 40. However, the additionally disposed fly-eye lens 31 only affects the light incident on the light path changing device 90. Of course, if the curvature of the additional fly's eye lens 31 is high, the area of the light beam incident on the optical path changing device 90 increases, and if it is too large, the amount of light passing through the projection lens finally decreases. The curvature and the size of the fly's eye lens 31 should be adjusted and manufactured according to the size of the optical system, that is, the length on the optical axis.

이하에서는 격자 패턴을 발생시킴이 없이 스펙클을 감소시킬 수 있는 보다 간단한 구조의 레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a projector using a laser light source having a simpler structure that can reduce speckle without generating a grating pattern will be described.

도 10은 본 발명에서 제안하는 디스펙클러를 도시한 것이며, 도 11은 본 발명에 따른 디스펙클러를 채용한 프로젝터의 구성도이다. 디스펙클러(123)는 레이저 광원에 의한 시간적 간섭과 공간적 간섭으로 발생할 수 있는 스펙클과 격자 패턴을 하나로 해결하는 장치이다. FIG. 10 is a block diagram of the present invention, and FIG. 11 is a block diagram of a projector employing the present invention. The descrambler 123 is a device that solves the speckle and the lattice pattern that may occur due to temporal and spatial interference caused by the laser light source.

디스펙클러(123)는 도 10(a)에 도시된 바와 같이 회전 장치(미 도시)에 의해 회전되는 회전축(121)에 반사판(127)을 갖는 회전 부재(125)가 삽입되는 구성을 갖는다. 반사판(127)은 회전축(121)에 증착 등을 이용하여 얇은 막으로 구비되도록 하였다. 도 10(a)에 도시한 바와 같이 반사판(127)은 회전축(121)에 대해 90°가 아닌 일정한 θ각으로 기울어져 설치됨을 알 수 있다. 미 도시된 회전 장치는 회전축(121)을 회전시키기 위한 장치로서, 모터, 에어 실린더 또는 유압 실린더 등의 동력 장치와 기어, 폴리 등의 구동 전달 장치를 회전축과 연결하여 다양한 방식으로 구현될 수 있음은 물론이다.As shown in FIG. 10 (a), the descrambler 123 has a configuration in which a rotating member 125 having a reflector plate 127 is inserted into a rotating shaft 121 rotated by a rotating device (not shown). The reflecting plate 127 is provided on the rotating shaft 121 by a thin film using deposition. As shown in FIG. 10 (a), the reflecting plate 127 is inclined at a constant θ angle rather than 90 ° with respect to the rotation axis 121. The not shown rotating device is a device for rotating the rotating shaft 121, and may be implemented in various ways by connecting a power transmission device such as a motor, an air cylinder or a hydraulic cylinder, and a drive transmission device such as a gear and a pulley with the rotating shaft. Of course.

디스펙클러(123)는 동일한 경로를 통해 입사되는 레이저광을 기울어진 반사판에 의해 다른 경로 및 다른 출사각을 갖도록 출사시킴으로써 레이저광의 간섭에 의한 스페클과 격자 패턴을 동시에 방지할 수 있는 효과가 있다. 즉, 도 10(b)와 도 10(c)에 도시한 바와 같이 레이저광 a 및 b가 동일한 경로 및 동일한 각도를 가지고 입사되더라도 회전하는 반사판에 의해 반사되는 각도가 달라지기 때문에 도 10(d)에 도시한 바와 같이 서로 다른 경로 및 출사각을 갖는 레이저광으로 출사되는 것이다. 도 10(d)는 도 10(b) 및 도 10(c)에서 출사되는 레이저광을 비교하기 위해 레이저광 a 및 b 만을 별도로 도시한 것이다.The despeckler 123 emits the laser light incident through the same path to have a different path and different exit angle by the inclined reflector, thereby preventing the speckle and the lattice pattern caused by the interference of the laser light at the same time. . That is, as shown in FIGS. 10 (b) and 10 (c), even though the laser beams a and b are incident with the same path and the same angle, the angles reflected by the rotating reflector are different. As shown in Fig. 1, the laser beam is emitted by laser light having different paths and exit angles. 10 (d) separately shows only the laser beams a and b in order to compare the laser beams emitted in FIGS. 10 (b) and 10 (c).

디스펙클러(123)에 구비되는 반사판(127)은 반드시 평평한 평면으로 형성될 필요는 없으며, 도 10(e) 및 도 10(f)에 도시된 바와 같이 곡면 형상을 갖도록 구비되어도 좋다. 반사판(127)을 곡면 형상으로 구비하더라도 회전축(121)에 삽입되는 반사판은 90°가 아닌 일정한 θ각으로 기울어져 설치됨을 알 수 있으며, 이때 반사판의 기울어진 정도는 반사판(127)의 처음과 끝 부분을 서로 연결한 가상의 직선(129)과 회전축(121)이 이루는 90°보다 작은 예각 부분을 이루는 각도로 정의하는 것으로 하였다.The reflecting plate 127 provided in the descrambler 123 is not necessarily formed in a flat plane, and may be provided to have a curved shape as shown in FIGS. 10 (e) and 10 (f). Even if the reflecting plate 127 is provided in a curved shape, it can be seen that the reflecting plate inserted into the rotating shaft 121 is inclined at a constant θ angle instead of 90 °, and the inclination degree of the reflecting plate is the beginning and the end of the reflecting plate 127. It is assumed that the angle is defined as an angle forming an acute angle portion smaller than 90 ° formed by the virtual straight line 129 and the rotation shaft 121 connecting the parts.

반사판(127)과 회전축(121)이 이루는 경사각(θ)은 87°내지 89.5°사이로 유지하는 것이 바람직하다. 반사판(127)과 회전축(121)이 이루는 경사각(θ)이 89.5°보다 크고 90°이하인 각을 갖게 되면 광경로차가 감소하게 되어 스펙클의 저감 효과가 미미해지며, 경사각이 87°보다 작게 되면 출사광이 광축상에서 너무 벗어나게 되므로 광효율이 감소하게 된다. 즉 다시 말하면 경사각이 너무 클 경우에는 투사렌즈를 통과해서 스크린에 도달하는 광량이 현저하게 줄어들게 된다.The inclination angle θ formed by the reflector plate 127 and the rotation shaft 121 is preferably maintained between 87 ° and 89.5 °. When the angle of inclination θ formed between the reflector 127 and the rotating shaft 121 is greater than 89.5 ° and has an angle of 90 ° or less, the optical path difference is reduced, so that the effect of reducing speckle is insignificant. The light is so deviated from the optical axis that the light efficiency is reduced. In other words, if the inclination angle is too large, the amount of light that passes through the projection lens and reaches the screen is significantly reduced.

디스펙클러(123)는 단순 회전 운동을 시키면 되므로 초소형 모터를 이용해서 구현할 수 있다. 또한 반사판의 회전 속도는 인간의 눈이 연속상으로 인식하는 60Hz 이상이 바람직하므로 3,500RPM 이상의 회전속도가 좋으며, 회전 속도가 너무 증가하면 기계적 한계로 인해서 회전속도가 일정하지 못하게 되므로 대략 12,000RPM 이하가 바람직하다.
The descrambler 123 may be implemented by using a very small motor because a simple rotational motion may be performed. In addition, the rotational speed of the reflector is preferably higher than 60Hz that the human eye recognizes as a continuous image, and the rotational speed of 3,500 RPM or more is good. desirable.

본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.
While the preferred embodiments of the present invention have been described using specific terms, such descriptions are for illustrative purposes only and it should be understood that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the following claims. do.

10: 레이저 광원 10R: R광원
10G: G광원 10B: B광원
20: 디퓨저 30: 빔쉐이퍼
31: 광빔확대장치 40: 필드렌즈
50: 다이크로익 미러 51: 반사경
60: 광모듈레이터 70: 투사렌즈
80: 편광빔스필리터 90: 광경로변경장치
91, 93: 빔 형상 100: 라이트 파이프
101: 라이트 가이드 경계면
103: 입사면 105: 출사면
121: 회전축 123: 디스펙클러
125: 회전 부재 127: 반사판
129: 가상의 직선10: laser light source 10R: R light source
10G: G light source 10B: B light source
20: diffuser 30: beamshaper
31: light beam expanding device 40: field lens
50: dichroic mirror 51: reflector
60: optical modulator 70: projection lens
80: polarization beam filter 90: optical path changing device
91, 93: beam shape 100: light pipe
101: light guide interface
103: entrance plane 105: exit plane
121: axis of rotation 123: despler
125: rotating member 127: reflecting plate
129: imaginary straight line

Claims (16)

레이저 광원을 이용하는 프로젝터에 있어서,
R, G, B 광원 중 적어도 하나는 레이저로 구성되는 광원;
상기 광원으로부터의 출광되는 광을 이용하여 영상 이미지를 생성하는 광모듈레이터;
상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광 경로 상에 위치되며, 상기 광원으로부터 순차적으로 입사되는 광의 이동 경로를 변경시키면서 동일한 출사각으로 순차적으로 굴절시키는 광경로변경장치;
상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광 경로 상에 위치되며, 상기 광원으로부터 입사되는 레이저 광을 반복적으로 반사시킨 후 출력하는 광경로차확대장치; 및
상기 광모듈레이터로부터 생성된 영상 이미지를 확대 투사하는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
In a projector using a laser light source,
At least one of the R, G, B light source is a light source consisting of a laser;
An optical modulator for generating a video image by using the light emitted from the light source;
An optical path changing device positioned on an optical path between the light source and the optical modulator and sequentially refracting at the same emission angle while changing a movement path of light sequentially incident from the light source;
An optical path difference expanding device which is positioned on an optical path between the light source and the optical modulator, and repeatedly reflects and outputs laser light incident from the light source; And
And a projection lens to enlarge and project the image image generated by the optical modulator.
제 1항에 있어서,
상기 광경로변경장치는 일정한 주파수에 따라 상하로 진동하는 반사판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
The method of claim 1,
The optical path changing device is a projector using a laser light source, characterized in that formed by a reflecting plate vibrating up and down according to a predetermined frequency.
제 2항에 있어서,
상기 광경로변경장치의 상기 반사판 진동 주파수는 60Hz 내지 2,000Hz 인 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
The method of claim 2,
The reflector vibration frequency of the optical path changing device is a projector using a laser light source, characterized in that 60Hz to 2,000Hz.
제 3항에 있어서,
상기 광경로변경장치의 반사판 진동 주파수를 상기 광원에서 조사된 레이저 광이 럭비공 형상으로 투사되는 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
The method of claim 3, wherein
And a reflector vibration frequency of the optical path changing device is set to a frequency at which the laser light emitted from the light source is projected in a rugby ball shape.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 광원에는 멀티 모드 레이저로 동작되는 레이저 광원이 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
3. The method according to claim 1 or 2,
The light source includes a laser light source which is operated by a multi-mode laser.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 광경로변경장치는 영구 자석과 인가되는 주파수에 따라 움직이는 코일 및 상기 코일에 부차된 반사판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
3. The method according to claim 1 or 2,
And the optical path changing device comprises a permanent magnet, a coil moving according to an applied frequency, and a reflector attached to the coil.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 광경로차확대장치는 입사면이 출사면보다 면적이 넓게 구성되는 속이 빈 할로우 형태의 라이트 파이프로 구성되는 것을 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
The method of claim 1,
The optical path difference expanding device is a projector using a laser light source that is composed of a hollow hollow light pipe having an entrance surface wider than the exit surface.
제 8항에 있어서,
상기 라이트 파이프는 입사면과 출사면의 광축이 동일한 수평선상에 있지 않고 어긋나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
The method of claim 8,
And the light pipe is formed such that the optical axes of the entrance face and the exit face are not on the same horizontal line but are shifted.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 광원과 광경로변경장치 사이에 상기 광원에서 출사되는 광빔을 확대하는 광빔확대장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
3. The method according to claim 1 or 2,
And a light beam expanding device for expanding the light beam emitted from the light source between the light source and the light path changing device.
제 10항에 있어서,
상기 광빔확대장치는 플라이아이렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저 광원을 이용하는 프로젝터.
The method of claim 10,
The light beam expanding device is a projector using a laser light source, characterized in that the fly-eye lens.
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