KR19980034584A - Optical projection system - Google Patents

Abstract

고스트 패턴을 제거할 수 있는 광학적 투사 시스템이 개시되어 있다. 광학적 투사 시스템은 광선을 발생하기 위한 광원, 광선을 인가된 전기적 신호에 따라 변조하고 그 광로를 변경하여 스크린 상에 투영시키기 위한 액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광 변조기, 광선을 평행광으로 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기 상에 조사하기 위한 필드 렌즈, 및 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기에 의해 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱을 포함하며, 필드 렌즈의 각 면으로 부터 반사된 광선이 상기 프로젝션 스톱을 통과하여 스크린 상에 투사되어 고스트 패턴을 형성하는 것을 방지하기 위하여 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기를 광축에서 일정 거리 만큼 위로 올려 배치시킨다. 광축 윗 부분에서 필드 렌즈의 각 면으로 부터 반사되는 광이 프로젝션 스톱을 통과하지 못하므로 고스트 패턴을 제거할 수 있다.An optical projection system is disclosed that can eliminate ghost patterns. An optical projection system includes a light source for generating light beams, an actuated mirror array (AMA) light modulator for modulating the light beams according to an applied electrical signal and changing their light paths and projecting them onto a screen, and actuating the light beams in parallel light. A field lens for irradiating on the tilted mirror array light modulator, and a projection stop for focusing the flux of light modulated by the actuated mirror array light modulator, wherein the light reflected from each side of the field lens is reflected. The actuated mirror array light modulator is placed up some distance from the optical axis to prevent it from being projected onto the screen through the projection stop to form a ghost pattern. Since the light reflected from each side of the field lens above the optical axis does not pass through the projection stop, the ghost pattern can be eliminated.

Description

광학적 투사 시스템Optical projection system

본 발명은 광학적 투사 시스템에 관한 것으로, 특히 화상을 스크린 상에 투영하는데 사용되는 액튜에이티드 미러 어레이(Actuated Mirro Array; 이하 AMA라 칭함) 모듈을 이용하는 광학적 투사 시스템에 있어서, 렌즈 면의 광 반사로 인해 야기되는 고스트(Ghost) 패턴을 제거할 수 있는 광학적 투사 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an optical projection system, and in particular in an optical projection system using an Actuated Mirro Array (hereinafter referred to as AMA) module used to project an image onto a screen, the optical reflection path of the lens surface. It relates to an optical projection system that can eliminate the ghost pattern caused by.

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. 상기의 AMA 장치는, 그 내부에 설치된 각각의 미러들이 광원으로 부터 유입되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 상기 반사된 빛은 슬릿(Slit)을 통과하여 스크린에 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 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. The AMA device, each of the mirrors installed therein reflects the light flowing from the light source at a predetermined angle, and the reflected light can adjust the luminous flux to pass through the slit (Slit) to form an image on the screen Device. Therefore, its structure and operation principle are simple, and high light efficiency can be obtained compared to LCD, DMD, and the like. 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.

일반적으로, 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. 각각의 미러들을 구동하는 액튜에이터의 구성 재료로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃) 나 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃)등의 압전 세라믹이나 PMN(Pb(Mg, Nb)O₃) 등의 전왜 세라믹이 이용된다.In general, each actuator causes a deformation in accordance with the electric field generated by the applied electric 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. Piezoelectric ceramics such as PZT (Pb (Zr, Ti) O ₃ ) or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O ₃ ) or PMN (Pb (Mg, Nb) A total distortion ceramic such as) O ₃ ) is used.

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 AMA가 개발되었다. 상기 박막형 AMA는 본 출원인에 의해서 1995년 5월 26일에 출원된 바 있는 한국 특허 출원 제95-13358호에 개시되어 있다.Accordingly, recently, a thin film type AMA that can be manufactured by using a semiconductor manufacturing process has been developed to complete the quality of mirror arrays. The thin film type AMA is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13358, filed on May 26, 1995 by the present applicant.

박막형 AMA는 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 박막형 AMA는 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 크게 화상 신호 전압이 인가되는 액티브 매트릭스 및 인가된 신호 전압에 의해 작동되는 미러를 포함한다. 박막형 AMA의 경사각은 인가된 전압에 따라 선형적으로 변하며, 거의 순간적인 주파수 반응 특성을 갖는다.Thin-film AMA is a reflective light modulator that uses thin film piezo-electric actuators in connection with microscopic mirrors, which combines more than 300,000 pixels of a single-plate mirror to achieve even-level integration. It has been developed to have. The thin film type AMA is composed 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 largely includes an active matrix to which an image signal voltage is applied and a mirror operated by an applied signal voltage. The inclination angle of the thin film type AMA varies linearly with applied voltage and has almost instantaneous frequency response.

이러한 박막형 AMA를 광로 조절 장치로 이용하는 종래의 광학적 투사 시스템이 도 1에 도시되어 있다.A conventional optical projection system using such a thin film type AMA as an optical path control device is shown in FIG.

도 1을 참조하면, 종래의 광학적 투사 시스템은 광원, 필드 렌즈(Field lens)(12), AMA 광 변조기(14), 프로젝션 스톱(Projection stop)(16), 및 프로젝션 렌즈(18)를 포함한다. 상기 프로젝션 스톱(16)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면과 광선을 통과시키기 위한 개구(Aperture)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional optical projection system includes a light source, a field lens 12, an AMA light modulator 14, a projection stop 16, and a projection lens 18. . The projection stop 16 is an optically opaque member and includes an optically reflective surface and an aperture for passing the light beam.

먼저, 박막형 AMA 모듈을 광학적 투사 시스템에 자동적으로 정렬시킨 후 이를 구동시키면, 광원(11)으로 부터 방출되는 광선이 그 전파 경로를 따라 필드 렌즈(12)로 입사된 후, 평행광으로 AMA 광 변조기(14) 상에 조사된다. 상기 AMA 광 변조기(14)는 다수의 반사면을 포함하며, 이들 반사면은 압전 액튜에이터 상에 장착된다. 압전 액튜에이터는 각 액튜에이터에 인가되는 전기 신호에 반응하여 각각의 반사면을 액튜에이팅시키며, 이에 따라 필드 렌즈(12)를 통과한 광선이 반사면으로 부터 반사된다. 반사된 빛은 다시 필드 렌즈(12)를 통과하여 상(13)을 형성하게 된다.First, the thin film type AMA module is automatically aligned with the optical projection system and driven, so that the light emitted from the light source 11 is incident on the field lens 12 along its propagation path, and then the AMA light modulator with parallel light. (14) is irradiated. The AMA light modulator 14 comprises a plurality of reflecting surfaces, which are mounted on a piezoelectric actuator. The piezoelectric actuators actuate each reflecting surface in response to an electrical signal applied to each actuator, whereby light rays passing through the field lens 12 are reflected from the reflecting surface. The reflected light passes through the field lens 12 again to form an image 13.

만일, 상기 압전 액튜에이터에 제로(0)의 전압이 인가되면, 상기 AMA 광 변조기(14)의 각 반사면들이 진동하거나 기울어지거나 구부러지지 않게 되어 AMA 광 변조기(14)과 광축과 수직이 된다. 이 경우, 상기 광원은 AMA 광 변조기(14)에 반사된 후 프로젝션 스톱(16)을 통과하지 못하게 되어 도 1에 도시된 바와 같은 (image)위치에 상(13)을 형성하게 된다. 이 때, 상기 AMA 광 변조기(14)의 중심은 광축에 있다.If zero voltage is applied to the piezoelectric actuator, the respective reflecting surfaces of the AMA light modulator 14 are not vibrated, inclined or bent so that they are perpendicular to the AMA light modulator 14 and the optical axis. In this case, the light source does not pass through the projection stop 16 after being reflected by the AMA light modulator 14 to form an image 13 at the image position as shown in FIG. At this time, the center of the AMA light modulator 14 is in the optical axis.

그러나, 상기 압전 액튜에이터에 온(ON) 전압이 인가되면, 상기 AMA 광 변조기(14)의 각 반사면들은 진동하거나 기울어지거나 또는 구부러진다. 이에 따라, 상기 광원은 AMA 광 변조기(14)의 경사진 반사면에 의해 선 변조(Line modulation)된 후 필드 렌즈(12)에 집광되어 프로젝션 스톱(16) 상에 조사된다. 이때, 프로젝션 스톱(16)의 개구를 통과한 광선은 프로젝션 렌즈(18)에 의해 스크린(도시되지 않음) 상에 결상된다.However, when an ON voltage is applied to the piezoelectric actuator, each reflecting surface of the AMA light modulator 14 vibrates, tilts or bends. Accordingly, the light source is linearly modulated by the inclined reflective surface of the AMA light modulator 14 and then focused on the field lens 12 and irradiated onto the projection stop 16. At this time, the light rays passing through the opening of the projection stop 16 are imaged on the screen (not shown) by the projection lens 18.

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 AMA 투사 시스템에 의하면, 광원으로 부터 방출되는 광이 필드 렌즈(12)를 통하여 AMA 광 변조기(14) 상에 조사되는 과정에서, 그 일부가 필드 렌즈(12)의 각 면으로 부터 반사된다. 필드 렌즈(12)의 광축 윗 부분에 있는 각 면으로 부터 반사되는 광은 프로젝션 스톱(16)의 개구를 통과하지 못하지만, 도 2에 도시된 바와 같이 광축 아랫 부분에 있는 각 면으로 부터 반사되는 광은 프로젝션 스톱(16)의 개구를 통과하여 프로젝션 렌즈(18)에 의해 스크린에서 중심의 좌우에 대칭적으로 집중된 고스트 패턴을 형성하게 된다.However, according to the conventional AMA projection system as described above, in the process of irradiating the light emitted from the light source onto the AMA light modulator 14 through the field lens 12, a part of the field lens 12 Reflected from each side. Light reflected from each side above the optical axis of the field lens 12 does not pass through the opening of the projection stop 16, but light reflected from each side below the optical axis as shown in FIG. 2. Passes through the opening of the projection stop 16 to form a ghost pattern symmetrically concentrated left and right of the center on the screen by the projection lens 18.

통상적으로, 스크린 상에서 배경(Background)과 고스트 패턴의 조도 차는 6∼7 : 1 인데, 배경의 밝기가 낮을수록 고스트 패턴의 영상이 뚜렷하게 감지된다. 특히, AMA 광 변조기에 제로의 전압이 인가되어 스크린이 다크(Dark) 상태가 되는 경우에 있어서 이러한 고스트 패턴의 영상이 뚜렷하게 나타난다. 고스트 패턴은 항상 노이즈(Noise)로 작용하기 때문에, 신뢰성있는 광학적 투사 시스템을 구현하기 위해서는 이러한 고스트 패턴을 제거하여야만 한다.Typically, the illuminance difference between the background and the ghost pattern on the screen is 6-7: 1, and the lower the brightness of the background is, the clearer the ghost pattern image is detected. In particular, when a zero voltage is applied to the AMA light modulator to make the screen dark, the image of the ghost pattern appears clearly. Since ghost patterns always act as noise, these ghost patterns must be eliminated in order to realize a reliable optical projection system.

따라서, 본 발명의 목적은 AMA 모듈을 이용하는 광학적 투사 시스템에 있어서, 필드 렌즈 면의 광 반사로 인해 야기되는 고스트 패턴을 제거할 수 있는 광학적 투사 시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical projection system capable of eliminating ghost patterns caused by light reflection of a field lens surface in an optical projection system using an AMA module.

도 1은 종래의 광학적 투사 시스템을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a conventional optical projection system.

도 2는 도 1에 도시된 광학적 투사 시스템에 의해 야기되는 고스트 패턴을 설명하기 위한 개략도이다.FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a ghost pattern caused by the optical projection system shown in FIG. 1.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학적 투사 시스템을 나타내는 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating an optical projection system according to an embodiment of the present invention.

도 4은 도 3의 광학적 투사 시스템을 사용하여 고스트 패턴을 제거할 수 있는 원리를 설명하기 위한 개략도이다.4 is a schematic diagram illustrating a principle of removing a ghost pattern using the optical projection system of FIG. 3.

도 5 및 6는 도 3에 도시한 광학적 투사 시스템에 있어서, 필드 렌즈의 평면 및 곡면으로 부터 반사되는 광의 전파 경로를 나타내는 개략도들이다.5 and 6 are schematic views showing propagation paths of light reflected from the plane and curved surfaces of the field lens in the optical projection system shown in FIG.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 ... 광학적 투사 시스템102 ... 광원100 ... optical projection system 102 ... light source

104... 소오스 렌즈106 ... 소오스 스톱104 ... source lens 106 ... source stop

108 ... 미러12, 110 ... 필드 렌즈108 ... mirror 12, 110 ... field lens

14, 112 ... AMA 광 변조기16, 114 ... 프로젝션 스톱14, 112 ... AMA optical modulator 16, 114 ... projection stop

18, 116 ... 프로젝션 렌즈18, 116 ... projection lens

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

광선을 발생하기 위한 광원;A light source for generating light rays;

상기 광선을 인가된 전기적 신호에 따라 변조하고 그 광로를 변경하여 스크린 상에 투영시키기 위한 액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광 변조기;An actuated mirror array (AMA) light modulator for modulating the light beam according to an applied electrical signal and changing its light path to project it on a screen;

상기 광선을 평행광으로 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기 상에 조사하기 위한 필드 렌즈; 및A field lens for irradiating the light beam onto the actuated mirror array light modulator with parallel light; And

상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기에 의해 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱을 포함하며,A projection stop to focus the flux of light modulated by the actuated mirror array light modulator,

상기 필드 렌즈의 각 면으로 부터 반사된 광선이 상기 프로젝션 스톱을 통과하여 스크린 상에 투사되어 고스트 패턴을 형성하는 것을 방지하기 위하여, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기를 광축에서 일정 거리 만큼 위로 올려 배치시킨 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템을 제공한다.Position the actuated mirror array light modulator up a distance from the optical axis to prevent light rays reflected from each side of the field lens from projecting on the screen through the projection stop to form a ghost pattern. It provides an optical projection system characterized in that.

본 발명에 의하면, 필드 렌즈의 각 면으로 부터 반사된 광선이 프로젝션 스톱을 통과하여 스크린 상에 투사되어 고스트 패턴을 형성하는 것을 방지하기 위하여, AMA 광 변조기를 광축에서 일정 거리 만큼 위로 올려 배치시킨다. 고스트 패턴은 필드 렌즈의 광축 아랫 부분에서 발생되고 있으므로, AMA 광 변조기를 광축에서 Δ의 거리 만큼 위로 올려 놓음으로써 필드 렌즈의 광축 윗 부분만을 사용한다.According to the present invention, in order to prevent the light rays reflected from each side of the field lens from passing through the projection stop to be projected on the screen to form a ghost pattern, the AMA light modulator is placed up a certain distance from the optical axis. Since the ghost pattern is generated at the lower part of the optical axis of the field lens, only the upper part of the optical axis of the field lens is used by putting the AMA light modulator up by a distance of Δ from the optical axis.

따라서, 필드 렌즈의 광축 윗 부분에서 각 면으로 부터 반사되는 광이 프로젝션 스톱을 통과하지 못하기 때문에 고스트 패턴을 제거할 수 있다.Therefore, the ghost pattern can be removed because the light reflected from each surface in the upper part of the optical axis of the field lens does not pass through the projection stop.

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 3는 본 발명에 의한 광학적 투사 시스템을 나타내는 개략도이다.3 is a schematic view showing an optical projection system according to the present invention.

도 3를 참조하면, 본 발명에 따른 광학적 투사 시스템(100)은 광원(102), 소오스 렌즈(104), 소오스 스톱(106), 미러(108), 필드 렌즈(110), AMA 광 변조기(112), 프로젝션 스톱(114) 및 프로젝션 렌즈(116)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the optical projection system 100 according to the present invention includes a light source 102, a source lens 104, a source stop 106, a mirror 108, a field lens 110, and an AMA light modulator 112. ), Projection stop 114 and projection lens 116.

상기 광원(102)은 광학 에너지의 광대역 소오스로서, 바람직하게는 170W의 할로겐 금속 램프를 사용한다. 할로겐 금속 램프(102)로 부터 나오는 광학 에너지는 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)이다.The light source 102 is a broadband source of optical energy, preferably using a halogen metal lamp of 170W. The optical energy from the halogen metal lamp 102 is the long wavelength infrared (LWIR) to ultraviolet (UV) light in the spectrum.

상기 소오스 렌즈(104)는 광원(102)으로 부터 방출되는 빛을 평행한 빛으로 분광시키는 기능을 수행한다. 상기 소오스 스톱(106)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 갖는다. 상기 소오스 스톱(106)은 소오스 렌즈(104)를 통과한 광선의 플럭스를 집중시키는 기능을 수행한다.The source lens 104 performs a function of spectroscopy of light emitted from the light source 102 into parallel light. The source stop 106 is an optically opaque member and has an opening formed to allow light to pass therethrough. The source stop 106 functions to concentrate the flux of light that has passed through the source lens 104.

상기 소오스 스톱(106)의 다음에는 미러(108)가 배치되는데, 상기 미러(108)는 광원(102)으로 부터 방출되는 광선을 1차적으로 광로를 변경시키는 역할을 한다. 상기 필드 렌즈(110)는 AMA 광 변조기(112) 앞에 배치되며, 미러(108)에 의해 1차적으로 광로가 변경된 광선이 손실되지 않고 평행광으로 AMA 광 변조기(112) 상에 조사될 수 있도록 그 광로를 줄이는 역할을 한다.A mirror 108 is disposed after the source stop 106, which serves to primarily change the light path of the light rays emitted from the light source 102. The field lens 110 is disposed in front of the AMA light modulator 112, so that it is irradiated on the AMA light modulator 112 with parallel light without losing the light path whose light path is primarily changed by the mirror 108. It serves to reduce the light path.

상기 프로젝션 스톱(114)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 상기 프로젝션 렌즈(116)는 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다.The projection stop 114 is an optically opaque member, and has an optically reflective surface and an opening formed to pass a light beam. Preferably, the opening is a pinhole or slit. The projection lens 116 projects a light ray passing through the opening of the projection stop 114 on a screen (not shown) to display an image corresponding thereto.

상기 AMA 광 변조기(112)는 다수의 반사면을 포함하며, 이들 반사면은 압전 액튜에이터 상에 장착된다. 압전 액튜에이터는 각 액튜에이터에 인가되는 전기 신호에 반응하여 각각의 반사면을 액튜에이팅시키며, 이에 따라 필드 렌즈(110)를 통과한 광선이 반사면으로 부터 반사된다. 각 반사면으로 부터 반사된 광선은 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스에 의해서 변조된다. 상기 광선의 플럭스는 개구에 대한 AMA 광 변조기(112)의 반사면의 방향에 의해서 제어된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 AMA 광 변조기(112)는 광축에서 일정 거리(Δ) 만큼 위로 올려져 있다.The AMA light modulator 112 includes a plurality of reflective surfaces, which are mounted on piezoelectric actuators. The piezoelectric actuators actuate the respective reflecting surfaces in response to electrical signals applied to the respective actuators, whereby light rays passing through the field lens 110 are reflected from the reflecting surfaces. Light rays reflected from each reflecting surface are modulated by the flux of light rays passing through the opening of the projection stop 114. The flux of the light beam is controlled by the direction of the reflective surface of the AMA light modulator 112 with respect to the aperture. As shown in FIG. 3, the AMA light modulator 112 is lifted up by a distance Δ from the optical axis.

이하, 도 4 내지 6을 참조하여 상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 광학적 투사 시스템(100)의 작동 원리를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the operating principle of the optical projection system 100 according to the present invention having the structure described above with reference to FIGS. 4 to 6 will be described in more detail.

먼저, 도 3을 참조하면, 할로겐 금속 램프(102)로 부터 방출된 광선은 소오스 렌즈(104)에 의해 분광된 후, 소오스 스톱(106)의 개구를 통과하여 미러(108) 상에 조사된다. 상기 미러(108) 상에 조사된 광선은 그 광로가 1차적으로 변경된 후 필드 렌즈(110)로 입사된다. 상기 필드 렌즈(110)를 통과한 광선은 평행광으로 AMA 광 변조기(112) 상에 조사된다.First, referring to FIG. 3, the light rays emitted from the halogen metal lamps 102 are spectrosized by the source lens 104 and then irradiated onto the mirror 108 through the opening of the source stop 106. The light beam irradiated onto the mirror 108 is incident on the field lens 110 after the optical path thereof is primarily changed. Light rays passing through the field lens 110 are irradiated onto the AMA light modulator 112 with parallel light.

다음에, 도 4를 참조하면, 상기 AMA 광 변조기(112)는 광축에서 일정 거리(Δ) 만큼 위로 올려져 있기 때문에, 상기 필드 렌즈(110)의 광축 윗 부분을 통과하는 광선만이 AMA 광 변조기(112)로 조사된다. 상기 AMA 광 변조기(112)로 조사된 광선은 AMA 광 변조기(112)의 압전 액튜에이터에 인가된 전기 신호에 따라 변조된 후, 필드 렌즈(110)에 집광되어 프로젝션 스톱(114) 상에 조사된다.Next, referring to FIG. 4, since the AMA light modulator 112 is raised up by a predetermined distance Δ from the optical axis, only the ray passing through the upper portion of the optical axis of the field lens 110 is the AMA light modulator. Is examined 112. The light beam irradiated by the AMA light modulator 112 is modulated according to an electrical signal applied to the piezoelectric actuator of the AMA light modulator 112, and then collected by the field lens 110 and irradiated onto the projection stop 114.

만일, 상기 압전 액튜에이터에 오프(OFF) 전압, 즉 제로(0)의 전압이 인가되면, 상기 AMA 광 변조기(112)의 각 반사면들이 진동하거나 기울어지거나 구부러지지 않으며, 그 결과 상기 광선은 프로젝션 스톱(114)을 통과하지 못하게 된다.If an OFF voltage, i.e. zero voltage, is applied to the piezoelectric actuator, the respective reflecting surfaces of the AMA light modulator 112 do not vibrate, tilt or bend, so that the light beam stops projection. Will not pass (114).

그러나, 상기 압전 액튜에이터에 온(ON) 전압이 인가되면, 상기 AMA 광 변조기(112)의 각 반사면들은 사용되어지는 실시예에 따라 진동하거나 기울어지거나 또는 구부러진다. 이때, 상기 AMA 광 변조기(112)의 반사면의 진동, 기울어짐 또는 구부러짐의 정도는 스크린(120) 상의 대응되는 지점에서의 광 세기의 변화로서 표현된다. 이와 같이 AMA 광 변조기(112)의 경사진 반사면에 의해 선 변조된 광선은 필드 렌즈(110)에 집광된 후 프로젝션 스톱(114)으로 향한다. 프로젝션 스톱(114)의 전면 상에 입사된 광선은 프로젝션 스톱(114)상에 상(115)을 형성하여 개구를 통과하지 못하고 전부 반사되며, 개구를 통과한 광선은 프로젝션 렌즈(116)에 의해 스크린 상에 투사되어 화상을 형성하게 된다.However, when an ON voltage is applied to the piezoelectric actuator, the respective reflecting surfaces of the AMA light modulator 112 vibrate, tilt or bend, depending on the embodiment used. In this case, the degree of vibration, tilting or bending of the reflective surface of the AMA light modulator 112 is expressed as a change in light intensity at a corresponding point on the screen 120. The light beams premodulated by the inclined reflecting surface of the AMA light modulator 112 are focused on the field lens 110 and then directed to the projection stop 114. Light rays incident on the front surface of the projection stop 114 form an image 115 on the projection stop 114 and are totally reflected without passing through the opening, and the light rays passing through the opening are screened by the projection lens 116. Projected onto to form an image.

이하, 필드 렌즈(110)의 각 면을 평평한 1면(110a)과 곡률을 가진 2면(110b)으로 구분하여 고스트 패턴이 제거되는 원리를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the principle of removing the ghost pattern by dividing each surface of the field lens 110 into a flat one surface 110a and a curvature two surface 110b will be described in more detail.

도 5 및 6는 도 3에 도시한 광학적 투사 시스템에 있어서, 필드 렌즈의 1면 및 2면으로 부터 반사되는 광의 전파 경로를 나타내는 개략도들이다.5 and 6 are schematic diagrams showing propagation paths of light reflected from one and two sides of the field lens in the optical projection system shown in FIG.

필드 렌즈의 평평한 1면(110a)으로 부터 반사되는 광은 그 전파 경로가 광축 윗 부분과 아랫 부분에서 모두 동일하다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같은 필드 렌즈의 광축 윗 부분 및 아랫 부분을 모두 사용하는 종래의 광학적 투사 시스템에 의하면, 광축 아랫 부분에서 필드 렌즈의 평평한 1면(110a)으로 부터 반사되는 광의 일부가 프로젝션 스톱의 개구를 통과하여 스크린상에 고스트 패턴을 형성하게 된다. 이에 반하여, 필드 렌즈(110)의 광축 윗 부분만을 사용하는 본 발명의 광학적 투사 시스템에 의하면, 광축 윗 부분에서 상기 필드 렌즈(110)의 평평한 1면(110a)으로 부터 반사되는 광은 도 5에 도시된 바와 같이 프로젝션 스톱(114)의 윗 부분으로 전부 반사된다. 따라서, 광축 윗 부분에서 필드 렌즈(110)의 평평한 1면으로 부터 반사되는 광은 프로젝션 스톱(114)을 통과하지 못하므로 스크린 상에 고스트 패턴을 형성하지 못한다.The light reflected from the flat one side 110a of the field lens has the same propagation path in both the upper part and the lower part of the optical axis. Therefore, according to the conventional optical projection system using both the upper part and the lower part of the optical axis of the field lens as shown in FIG. 2, a part of the light reflected from the flat one surface 110a of the field lens at the lower part of the optical axis is It passes through the opening of the projection stop to form a ghost pattern on the screen. In contrast, according to the optical projection system of the present invention using only the upper portion of the optical axis of the field lens 110, the light reflected from the flat one surface (110a) of the field lens 110 in the upper portion of the optical axis is shown in FIG. As shown, it is fully reflected to the upper portion of the projection stop 114. Therefore, the light reflected from the flat one surface of the field lens 110 in the upper portion of the optical axis does not pass through the projection stop 114, and thus does not form a ghost pattern on the screen.

한편, 필드 렌즈의 곡률을 가진 2면(110b)으로 부터 반사되는 광은 렌즈의 곡률에 따라 광축 윗 부분에서 반사되는 광의 전파 경로와 아랫 부분에서 반사되는 광의 전파 경로가 달라진다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 광축과 일정 거리(Δ) 만큼 상승된 지점 사이에서 필드 렌즈의 2면(110b)으로 부터 반사되는 광은 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 고스트 패턴이 발생할 수 있는 최소 거리에 해당하는 일정 거리(Δ) 만큼 AMA 광 변조기를 위로 올려 놓음으로써, 필드 렌즈(110)의 곡률을 가진 2면(110b)으로 부터 반사되는 광이 프로젝션 스톱(114)을 통과하지 못하도록 한다. 이때, 상기 일정 거리(Δ)는 필드 렌즈의 곡률에 의해 결정된다.On the other hand, the light reflected from the two surfaces 110b having the curvature of the field lens is different from the propagation path of the light reflected from the upper part of the optical axis and the propagation path of the light reflected from the lower part according to the curvature of the lens. Thus, as shown in FIG. 6, the light reflected from the two surfaces 110b of the field lens between the optical axis and the point raised by a predetermined distance Δ passes through the opening of the projection stop 114. Accordingly, in the present invention, the AMA light modulator is placed upward by a predetermined distance Δ corresponding to the minimum distance that the ghost pattern can occur, thereby reflecting from the two surfaces 110b having the curvature of the field lens 110. Prevent light from passing through the projection stop 114. In this case, the predetermined distance Δ is determined by the curvature of the field lens.

여기서, 도 4은 단판식 AMA 광 변조기를 사용한 단색(Monochrome) 시스템을 설명하고 있으나, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면 컬러 휠과 같이 순차적으로 적색, 녹색 및 청색 광을 단판식 AMA 광 변조기에 조사하여 적색, 녹색 및 청색 화상들을 표시할 수 있는 단판식 컬러 시스템에 적용할 수 있다.Here, FIG. 4 illustrates a monochrome system using a single plate AMA light modulator, but according to another preferred embodiment of the present invention, a single plate AMA light modulator sequentially emits red, green, and blue light like a color wheel. Can be applied to single-plate color systems capable of displaying red, green and blue images by irradiation.

또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, 3 개의 AMA 광 변조기, 즉 각각이 적색광, 녹색광 및 청색광을 반사시키도록 각기 다른 반사 각도로 배치되는 R-AMA, G-AMA 및 B-AMA를 사용하는 3 판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 광학적 투사 시스템은 광원으로 부터 방출되어 소오스 스톱을 통과하는 광선을 각기 다른 파장의 적색광, 녹색광 및 청색광으로 반사시키기 위한 다수의 미러들, 및 상기 R-AMA, G-AMA 및B-AMA 광 변조기들 앞에 각각 배치되는 R-필드 렌즈, G-필드 렌즈 및 B-필드 렌즈를 더 구비한다. 이때, R-AMA, G-AMA, 및 B-AMA를 각각 광축으로 부터 Δ의 거리 만큼 위로 올려 배치하여, 상기 R-필드 렌즈, G-필드 렌즈 및 B-필드 렌즈의 광축 윗 부분만을 사용함으로써 고스트 패턴을 제거한다.Further, according to another preferred embodiment of the present invention, three AMA light modulators, namely R-AMA, G-AMA and B-AMA, which are arranged at different reflection angles to reflect red, green and blue light, respectively, The present invention can be applied to the three-plate color system used. In this case, the optical projection system comprises a plurality of mirrors for reflecting light rays emitted from the light source and passing through the source stop into red, green and blue light of different wavelengths, and the R-AMA, G-AMA and B-AMA. It further comprises an R-field lens, a G-field lens and a B-field lens respectively disposed in front of the light modulators. At this time, the R-AMA, G-AMA, and B-AMA are placed up by a distance of Δ from the optical axis, respectively, to use only the upper portion of the optical axis of the R-field lens, the G-field lens and the B-field lens. Remove the ghost pattern.

상술한 바와 같이 본 발명은, 필드 렌즈의 각 면으로 부터 반사된 광선이 프로젝션 스톱을 통과하여 스크린 상에 투사되어 고스트 패턴을 형성하는 것을 방지하기 위하여, AMA 광 변조기를 광축에서 일정 거리(Δ) 만큼 위로 올려 배치시킨다. 고스트 패턴은 필드 렌즈의 광축 아랫 부분에서 발생되고 있으므로, AMA 광 변조기를 광축에서 Δ의 거리 만큼 위로 올려 놓음으로써 필드 렌즈의 광축 윗 부분만을 사용한다.As described above, the present invention provides the AMA optical modulator with a certain distance (Δ) on the optical axis to prevent the light rays reflected from each side of the field lens from being projected on the screen through the projection stop to form a ghost pattern. Place it up as far as it will go. Since the ghost pattern is generated at the lower part of the optical axis of the field lens, only the upper part of the optical axis of the field lens is used by putting the AMA light modulator up by a distance of Δ from the optical axis.

따라서, 본 발명에 의한 광학적 투사 시스템에 의하면, 광축 윗 부분에서 필드 렌즈의 평평한 면 및 곡률을 가진 면 모두로 부터 반사되는 광이 프로젝션 스톱을 통과하지 못하므로 스크린 상에 고스트 패턴이 형성되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, according to the optical projection system of the present invention, the light reflected from both the flat surface and the curvature of the field lens in the upper portion of the optical axis does not pass through the projection stop, thereby preventing the formation of ghost patterns on the screen. can do.

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 (4)

광선을 발생하기 위한 광원(102);A light source 102 for generating light rays; 상기 광선을 인가된 전기적 신호에 따라 변조하고 그 광로를 변경하여 스크린 상에 투영시키기 위한 액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광 변조기(112);An actuated mirror array (AMA) light modulator (112) for modulating the light beam in accordance with an applied electrical signal and changing its light path to project on a screen; 상기 광선을 평행광으로 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(112)상에 조사하기 위한 필드 렌즈(110); 및A field lens (110) for irradiating the light beam onto the actuated mirror array light modulator (112) with parallel light; And 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(112)에 의해 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(114)을 포함하며,A projection stop 114 for concentrating the flux of light modulated by the actuated mirror array light modulator 112, 상기 필드 렌즈(110)의 각 면으로 부터 반사된 광선이 상기 프로젝션 스톱(114)을 통과하여 스크린 상에 투사되어 고스트 패턴을 형성하는 것을 방지하기 위하여, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(112)를 광축에서 일정 거리 만큼 위로 올려 배치시킨 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.The actuated mirror array light modulator 112 is used to prevent light rays reflected from each surface of the field lens 110 from passing through the projection stop 114 to be projected on the screen to form a ghost pattern. The optical projection system, characterized in that placed up to a certain distance from the optical axis. 제1항에 있어서, 상기 일정 거리는 상기 필드 렌즈(110)의 곡률에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.The optical projection system of claim 1, wherein the predetermined distance is determined by the curvature of the field lens (110). 제1항에 있어서, 상기 광원(102)으로 부터 방출되는 광선을 분광시키는 소오스 렌즈(104), 상기 소오스 렌즈(104)에 의해 분광된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 소오스 스톱(106), 상기 소오스 스톱(106)을 통과한 광선을 파장 별로 반사시키기 위한 미러(108), 및 상기 프로젝션 스톱(114)을 통과한 광선을 스크린 상에 투사시키기 위한 프로젝션 렌즈(116)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.The method of claim 1, wherein a source lens (104) for spectroscopy the light emitted from the light source (102), a source stop (106) for concentrating the flux of the light spectroscopy by the source lens (104), the source And a mirror 108 for reflecting the light beams passing through the stop 106 for each wavelength, and a projection lens 116 for projecting the light beams passing through the projection stop 114 onto the screen. Optical projection system. 제1항에 있어서, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(112)는 상기 광선을 파장 별로 변조시키기 위한 R-AMA, G-AMA, 및 B-AMA를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.The optical projection system of claim 1, wherein the actuated mirror array light modulator (112) comprises R-AMA, G-AMA, and B-AMA for modulating the light beam by wavelength.