KR19980040062A - Optical Projection System Using Actuated Mirror Array - Google Patents

Abstract

액튜에이티드 미러 어레이(AMA) 광 변조기를 이용하는 광학적 투사 시스템이 개시되어 있다. 광학적 투사 시스템은 광선을 발생시키기 위한 광원, 상기 광선의 플럭스를 집중시키며, 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱, 상기 소오스 스톱을 통과하는 광선의 세기를 변조하여 스크린 상에 투영하기 위한 AMA 광 변조기, 및 상기 소오스 스톱보다 큰 크기를 가지며 상기 AMA 광 변조기에 의해 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱을 구비한다. 프로젝션 스톱이 소오스 스톱보다 크게 설계되므로, 소오스 스톱의 이미지가 광 손실 없이 프로젝션 스톱을 통과함으로써 고 휘도의 화면을 구현할 수 있다.An optical projection system using an actuated mirror array (AMA) light modulator is disclosed. An optical projection system focuses on a light source for generating light beams, a source stop that concentrates the flux of the light beams, determines a quantity of light beams forming an image, and modulates the intensity of the light beams passing through the source stops to project onto the screen. An AMA light modulator, and a projection stop for concentrating the flux of light modulated by the AMA light modulator, the magnitude being greater than the source stop. Since the projection stop is designed to be larger than the source stop, the image of the source stop can pass through the projection stop without light loss to achieve a high brightness screen.

Description

액튜에이티드 미러 어레이를 이용한 광학적 투사 시스템Optical Projection System Using Actuated Mirror Array

본 발명은 광학적 투사 시스템에 관한 것으로, 특히 액튜에이티드 미러 어레이를 광 변조기로 사용하는 광학적 투사 시스템에 있어서 스크린 상에서의 휘도를 향상시킬 수 있는 광학적 투사 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical projection system, and more particularly, to an optical projection system capable of improving brightness on a screen in an optical projection system using an actuated mirror array as an optical modulator.

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. 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.Optical modulators such as DMD and AMA have been developed to solve the problems of the aforementioned LCD type optical modulators. DMD shows a relatively good light efficiency of about 5%, but serious fatigue problems are caused by the hinge structure employed in the DMD. In addition, there is a disadvantage that a very complicated and expensive driving circuit is required.

이에 비해서, AMA는 압전식으로 구동하는 미러 어레이로서, 10％ 이상의 광효율을 제공한다. AMA 광 변조기에서, 각각의 액튜에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액튜에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액튜에이터의 상부에 장착된 각각의 미러들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 미러들은 광원으로 부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이러한 AMA 광 변조기는 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD 등에 비해 높은 광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 보통의 실온 광 조건 하에서 밝고 선명한 화상을 제공하기에 충분한 콘트라스트(Contrast)를 제공한다. 더욱이, 입사되는 빛의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 반사되는 빛의 극성에도 영향을 미치지 않는다. 또한, AMA의 반사 특성은 온도에 상대적으로 덜 민감하기 때문에, 고전력의 광원에 의해 쉽게 영향을 받는 다른 장치들에 비해서 스크린의 밝기를 향상시킬 수 있다는 잇점을 갖는다.In contrast, AMA is a piezoelectrically driven mirror array that provides light efficiency of 10% or more. In an AMA light modulator, each actuator causes a deformation in accordance with the electric field generated by the applied electrical image signal and the bias voltage. When the actuator causes deformation, each of the mirrors mounted on top of the actuator is tilted. Accordingly, the inclined mirrors can reflect light incident from the light source at a predetermined angle. The AMA optical modulator has a simple structure and operation principle, and can obtain high light efficiency compared to LCD or DMD. It also provides sufficient contrast to provide a bright and clear image under normal room temperature light conditions. Moreover, it is not only affected by the polarity of the incident light, but also does not affect the polarity of the reflected light. In addition, the reflective properties of the AMA are relatively less sensitive to temperature, which has the advantage of improving the brightness of the screen compared to other devices that are easily affected by high power light sources.

이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(Bulk Type)과 박막형(Thin Film Type)으로 구분된다. 상기 벌크형 AMA는 액튜에이터들을 쏘잉 방법에 의하여 분리하여야 하므로 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되며, 변형부의 응답 속도가 느린 단점이 있다. 따라서, 최근에는 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 AMA (이하 TFAMA라 칭함)가 주로 사용된다. 예를 들면, 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허출원한 특허출원 제95-13353호(발명의 명칭 : 광로 조절 장치의 제조 방법)에 이러한 TFAMA가 개시되어 있다.These AMA devices are largely divided into bulk type and thin film type. The bulk AMA requires actuators to be separated by a sawing method, so that high precision is required in design and manufacturing, and the response speed of the deformable part is slow. Therefore, recently, the thin film type AMA (henceforth called TFAMA) which can be manufactured using a semiconductor manufacturing process is mainly used. For example, such a TFAMA is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13353 (name of the invention: a method for manufacturing an optical path control device) filed by the applicant with the Korean Patent Office.

TFAMA는 반도체 산업 분야에서 널리 알려진 박막 공정을 이용하여 제조된다. TFAMA는 보통의 실내 조명 조건 하에서 디지탈 화상을 고 휘도(High Brightness)와 고 콘트라스트(High Contrast)로 디스플레이 하기에 충분한 빛을 스크린상에 전송하기 위하여 개발된 것이다. TFAMA는 100μ-100μ 크기의 현미경적인 거울들과 관련하여 박막 압전 액튜에이터(thin film piezo-electric actuators)를 이용하는 반사형 광 모듈레이터이다. TFAMA는 고 콘트라스트를 위한 향상된 경사각, 고 휘도를 위한 충분한 광효율 및 단일 패널로 이루어진 미러의 300,000 개의 화소(Pixel)에 결쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. TFAMA는 각각 적색, 녹색 및 청색을 나타내는 640×480 화소의 패널들로 구성된다. TFAMA의 개별적인 화소의 크기는 예를 들어 100μm×100μm 이다. 이러한 화소의 크기는 고화질 TV에 요구되는 해상도를 만족시키기 위해서 50μm×50μm 로 쉽게 축소할 수 있다. 일반적으로, 단일 TFAMA 모듈을 만들기 위해서 4인치의 실리콘 웨이퍼 상에 640×480 화소들이 조립된다. 다중의 TFAMA 모듈은 양호한 생산성 및 낮은 생산비를 위해서 필요한 거울 화소 크기로 축소한 6인치 또는 8인치의 웨이퍼 상에 조립될 수 있다. 화소들은 광효율을 높이도록 거울 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(Cantilever) 구조물로 고안된다.TFAMA is manufactured using thin film processes that are well known in the semiconductor industry. TFAMA was developed to transmit enough light on the screen to display digital images in high brightness and high contrast under normal room lighting conditions. TFAMA is a reflective optical modulator using thin film piezo-electric actuators in connection with microscopic mirrors of 100μ-100μ size. TFAMA has been developed to achieve even integration of large scales, combined with improved tilt angles for high contrast, sufficient light efficiency for high brightness, and 300,000 pixels of mirrors in a single panel. TFAMA consists of panels of 640x480 pixels representing red, green and blue, respectively. The size of individual pixels of the TFAMA is, for example, 100 μm × 100 μm. The size of these pixels can be easily reduced to 50μm x 50μm to satisfy the resolution required for high-definition TV. Generally, 640 x 480 pixels are assembled on a 4-inch silicon wafer to make a single TFAMA module. Multiple TFAMA modules can be assembled on 6 inch or 8 inch wafers down to the mirror pixel size needed for good productivity and low production costs. The pixels are designed as cantilever structures to maximize the mirror surface area to increase light efficiency.

도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 TFAMA 장치의 평면도이다.1 is a plan view of the TFAMA device described in the Applicant's prior application.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 TFAMA 장치는 액티브 매트릭스(1)와 상기 액티브 매트릭스(1)의 상부에 설치된 캔틸레버 구조의 액튜에이터(2)로 구성된다. 상기 액티브 매트릭스(1)는 실리콘(Si) 등의 반도체로 구성되며, 내부에 M×N (M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있다. 상기 액튜에이터(2)는 멤브레인층, 신호 전극용 하부 전극, 압전층, 그리고 공통 전극으로 사용되며 그 일부가 입사되는 광선을 반사하는 미러로 작용하는 상부 전극으로 구성된다. 상기 액튜에이터(2)는 그 중앙부를 중심으로 일측에는 사각형 형상의 오목한 부분이 형성되어 있으며, 타측에는 상기 오목한 부분에 대응하는 사각형 형상의 돌출부가 형성된다. 상기 액튜에이터(2)의 오목한 부분에 인접하는 액튜에이터의 돌출부가 끼워지고, 상기 액튜에이터(2)의 돌출부가 인접하는 액튜에이터의 오목한 부분에 끼워진다.As shown in FIG. 1, the TFAMA device is composed of an active matrix 1 and an actuator 2 having a cantilever structure provided on the active matrix 1. The active matrix 1 is made of a semiconductor such as silicon (Si), and includes M x N (M, N is an integer) MOS transistors (not shown). The actuator 2 is composed of a membrane layer, a lower electrode for a signal electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode which serves as a mirror reflecting a light beam incident on a part thereof. The actuator 2 has a rectangular concave portion formed at one side with a central portion thereof, and a rectangular protrusion formed at the other side corresponding to the concave portion. The protrusion of the actuator adjacent to the concave portion of the actuator 2 is fitted, and the protrusion of the actuator 2 is fitted into the concave portion of the adjacent actuator.

상술한 구조를 갖는 TFAMA 광 변조기를 이용하는 종래의 광학적 투사 시스템이 도 2에 도시되어 있다.A conventional optical projection system using a TFAMA light modulator having the above-described structure is shown in FIG.

도 2를 참조하면, 종래의 AMA 투사 시스템(10)은 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(Metal halide lamp)(11), 반사기(Reflector)(15), 소오스 렌즈(12), 소오스 스톱(13), 소오스 미러(14), 모듈레이션 렌즈(16), AMA 광 변조기(18), 프로젝션 스톱(20), 및 프로젝션 렌즈(22)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a conventional AMA projection system 10 includes 170W to 250W of a metal halide lamp 11, a reflector 15, a source lens 12, A source stop 13, a source mirror 14, a modulation lens 16, an AMA light modulator 18, a projection stop 20, and a projection lens 22.

종래의 AMA 투사 시스템(10)의 동작 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the conventional AMA projection system 10 will be briefly described as follows.

먼저, AMA 투사 시스템(10)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(11)로 부터 방출되는 광선이 반사기(15)에 의해 반사된 후 소오스 렌즈(12)에 의해 평행광으로 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 소오스 미러(14) 상에 조사된다. 상기 소오스 미러(14)로 부터 반사된 광선은 그 경로가 1차적으로 변경된 후, 모듈레이션 렌즈(15)에 입사된다. 상기 모듈레이션 렌즈(15)는 소오스 스톱(13)의 이미지가 프로젝션 스톱(20)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 상기 소오스 스톱(13)을 통과한 광선을 평행광으로 AMA 광 변조기(18) 상에 조사한다. AMA 광 변조기(18)의 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기 신호에 따라서 액튜에이팅되어 프로젝션 스톱(20) 상에 조사된다. 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과한 광선은 프로젝션 렌즈(22)를 통해 스크린 상에 투사됨으로써 화상을 형성한다. 이때, 상기 미러로 부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(20)에 대한 AMA 광 변조기(18)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.First, when the AMA projection system 10 is driven, the light rays emitted from the halogen metal lamp 11 are reflected by the reflector 15 and then the opening of the source stop 13 into parallel light by the source lens 12. It passes through and is irradiated on the source mirror 14. The light rays reflected from the source mirror 14 are incident on the modulation lens 15 after the path is changed primarily. The modulation lens 15 uses the AMA light modulator 18 as a parallel light beam of light passing through the source stop 13 so that the image of the source stop 13 corresponds 1: 1 to the projection stop 20. Investigate the phase. The mirror of the AMA light modulator 18 is actuated and irradiated onto the projection stop 20 in accordance with an electrical signal applied to the piezoelectric actuator provided thereunder. Light rays that pass through the opening of the projection stop 20 are projected onto the screen through the projection lens 22 to form an image. At this time, the path of the light beam reflected from the mirror determines the intensity of the light beam passing through the opening of the projection stop 20. That is, the flux of light rays passing through the opening of the projection stop 20 is controlled by the direction of the mirror of the AMA light modulator 18 with respect to the projection stop 20.

도 3a 및 3b는 전압을 인가하지 않을 경우와 전압을 인가할 경우, 소오스 스톱의 이미지와 프로젝션 스톱과의 관계를 설명하기 위한 개략도들이다.3A and 3B are schematic diagrams for explaining a relationship between an image of a source stop and a projection stop when no voltage is applied and when a voltage is applied.

도 3a를 참조하면, 상기 AMA 광 변조기(18)에 전압을 인가하지 않을 경우 (즉, 전압 OFF시), AMA 광 변조기(18)의 각 미러들의 경사각(Tilting angle)이 제로(0°)가 된다. 그 결과, AMA 광 변조기(18)로 조사된 소오스 스톱의 이미지(13a)가 그대로 상기 프로젝션 스톱(20)에서 벗어나서 상을 맺게 된다. 이때, 소오스 스톱(13)과 프로젝션 스톱(20)은 동일한 크기로 형성되어 있으므로, 소오스 스톱의 이미지(13a)는 프로젝션 스톱(20)에 1:1로 대응되게 된다.Referring to FIG. 3A, when no voltage is applied to the AMA light modulator 18 (ie, when the voltage is OFF), the tilting angle of each mirror of the AMA light modulator 18 is zero (0 °). do. As a result, the image 13a of the source stop irradiated with the AMA light modulator 18 is taken out of the projection stop 20 as it is and forms an image. At this time, since the source stop 13 and the projection stop 20 are formed in the same size, the image stop 13a of the source stop corresponds to the projection stop 20 in a 1: 1 ratio.

도 3b를 참조하면, 상기 AMA 광 변조기(18)에 전압을 인가할 경우, AMA 광 변조기(18)의 미러가 기울어지게 된다. 그 결과, AMA 광 변조기(18) 상에 조사된 광선이 상기 미러에 의해 반사되어 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하도록 조준된다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 AMA 광 변조기는 상부 전극의 일부만이 미러로 사용되기 때문에 (도 1의 A 부분), 변조되는 소오스 스톱의 이미지(13a)가 상하 및 좌우로 퍼지게 된다. 소오스 스톱(13)과 프로젝션 스톱(20)은 동일한 크기로 형성되어 있으므로, 소오스 스톱의 이미지(13a)가 프로젝션 스톱(20)보다 커지게 된다. 따라서, 프로젝션 스톱(20)과 소오스 스톱 이미지(13a)의 차이에 해당하는 만큼의 광 손실 (도 3b의 빗금친 부분 참조)이 발생하여, 스크린 상에서의 휘도가 감소되는 문제가 초래된다.Referring to FIG. 3B, when a voltage is applied to the AMA light modulator 18, the mirror of the AMA light modulator 18 is inclined. As a result, the light rays irradiated on the AMA light modulator 18 are reflected by the mirror and aimed to pass through the opening of the projection stop 20. At this time, since the AMA light modulator having the structure as shown in FIG. 1 uses only a part of the upper electrode as a mirror (part A of FIG. 1), the image stop 13a of the modulated source stop spreads vertically and horizontally. . Since the source stop 13 and the projection stop 20 are formed with the same size, the image stop 13a of the source stop is larger than the projection stop 20. Accordingly, light loss (see hatched portion in FIG. 3B) corresponding to the difference between the projection stop 20 and the source stop image 13a occurs, resulting in a problem that the brightness on the screen is reduced.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스크린 상에서 휘도를 향상시킬 수 있는 AMA 광 변조기를 사용하는 광학적 투사 시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an optical projection system using an AMA light modulator capable of improving luminance on a screen.

도 1은 본 출원인의 선행 기술에 기재된 박막형 액튜에이티드 미러 어레이 장치의 평면도이다.1 is a plan view of the thin film actuated mirror array device described in the prior art of the applicant.

도 2는 종래의 액튜에이티드 미러 어레이 투사 시스템을 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a conventional actuated mirror array projection system.

도 3a 및 3b는 도 2의 투사 시스템에 있어서, 전압을 인가하지 않을 경우와 전압을 인가할 경우, 소오스 스톱의 이미지와 프로젝션 스톱과의 관계를 설명하기 위한 개략도들이다.3A and 3B are schematic diagrams for explaining a relationship between an image of a source stop and a projection stop in the projection system of FIG. 2 when no voltage is applied and when a voltage is applied.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 액튜에이티드 미러 어레이 투사 시스템을 나타내는 개략도이다.4 is a schematic diagram illustrating an activated mirror array projection system according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 투사 시스템에 사용되는 소오스 스톱과 프로젝션 스톱을 나타내는 개략도이다.5 is a schematic diagram illustrating a source stop and a projection stop used in the projection system of FIG. 4.

도 6a 및 6b는 도 4의 투사 시스템에 있어서, 전압을 인가하지 않을 경우와 전압을 인가할 경우, 소오스 스톱의 이미지와 프로젝션 스톱과의 관계를 설명하기 위한 개략도들이다.6A and 6B are schematic diagrams for explaining a relationship between an image of a source stop and a projection stop when no voltage is applied and when voltage is applied in the projection system of FIG. 4.

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

10,100 ... AMA 투사 시스템11,111 ... 램프10,100 ... AMA projection system 11,111 ... lamp

12,112 ... 소오스 렌즈13,113 ... 소오스 스톱12,112 ... source lens 13,113 ... source stop

14,114 ... 소오스 미러15,115 ... 반사기14,114 ... source mirror 15,115 ... reflector

16,116 ... 모듈레이션 렌즈18,118 ... AMA 광 변조기16,116 ... modulation lens 18,118 ... AMA optical modulator

20,120 ... 프로젝션 스톱22,122 ... 프로젝션 렌즈20,120 ... projection stop 22,122 ... projection lens

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

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

상기 광선의 플럭스를 집중시키며, 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱;A source stop that concentrates the flux of the light rays and determines an amount of light rays forming an image;

상기 소오스 스톱을 통과하는 광선의 세기를 변조하여 스크린 상에 투영하기 위한 AMA 광 변조기; 및An AMA light modulator for modulating and projecting the intensity of light rays passing through the source stop on a screen; And

상기 소오스 스톱보다 큰 크기를 가지며, 상기 AMA 광 변조기에 의해 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템을 제공한다.An optical projection system having a larger size than the source stop and having a projection stop for focusing the flux of light modulated by the AMA light modulator.

전술한 바와 같이 본 발명은, 소오스 스톱과 프로젝션 스톱의 크기를 서로 다르게 설계한다. 즉, 프로젝션 스톱을 소오스 스톱보다 크게 만들어서 AMA 광 변조기의 미러에 의해 상하 좌우로 퍼지면서 반사되는 소오스 스톱의 이미지가 광 손실 없이 프로젝션 스톱을 통과하도록 한다.As described above, the present invention designs the sizes of the source and projection stops differently. That is, the projection stop is made larger than the source stop so that the image of the reflected source stop is passed through the projection stop without light loss while spreading up and down and left and right by the mirror of the AMA light modulator.

따라서, 본 발명에 의한 광학적 투사 시스템에 의하면, 소오스 스톱의 이미지가 광 손실 없이 프로젝션 스톱을 통과하므로, 스크린에 도달하는 광량이 증가되어 고 휘도의 화면을 구현할 수 있다.Therefore, according to the optical projection system of the present invention, since the image of the source stop passes through the projection stop without light loss, the amount of light reaching the screen is increased, thereby realizing a screen having high luminance.

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 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 AMA 광 변조기를 사용하는 광학적 투사 시스템을 나타내는 개략도이다.4 is a schematic diagram illustrating an optical projection system using an AMA light modulator according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 AMA 투사 시스템(100)은 광선을 방출하기 위한 램프(111), 소오스 렌즈(112), 소오스 스톱(113), 소오스 미러(114), 반사기(115), 모듈레이션 렌즈(116), AMA 광 변조기(118), 프로젝션 스톱(120), 및 프로젝션 렌즈(122)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the AMA projection system 100 according to the present invention includes a lamp 111 for emitting light, a source lens 112, a source stop 113, a source mirror 114, a reflector 115, Modulation lens 116, AMA light modulator 118, projection stop 120, and projection lens 122.

광선을 방출하기 위한 램프(111)는 바람직하게는, 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프와 같은 아크 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 반사기(115)는 소오스 렌즈(112)에 대해 반대 방향으로 램프(111)로 부터 방출되는 광선을 반사시켜 다시 소오스 렌즈(112)로 향하게 하는 역할을 한다.Lamp 111 for emitting light preferably emits long wavelength infrared (LWIR) to ultraviolet (UV) light in the spectrum as an arc lamp, such as a halogen metal lamp of 170W to 250W. The reflector 115 serves to reflect the light emitted from the lamp 111 in the opposite direction with respect to the source lens 112 to be directed back to the source lens 112.

소오스 렌즈(112)는 램프(111)로 부터 방출되는 광선을 평행광으로 만들어 소오스 스톱(113)에 조사시킨다. 소오스 스톱(113)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 갖는다. 상기 소오스 스톱(113)은 화상을 형성하는 광선의 양을 결정한다.The source lens 112 makes the light beam emitted from the lamp 111 into parallel light and irradiates the source stop 113. The source stop 113 is an optically opaque member and has an opening formed to allow light to pass therethrough. The source stop 113 determines the amount of light that forms the image.

모듈레이션 렌즈(116)는 상기 소오스 스톱(113)의 이미지가 프로젝션 스톱(120)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 상기 소오스 스톱(113)을 통과한 광선을 광 손실 없이 AMA 광 변조기(118)로 조사하는 역할을 한다.The modulation lens 116 is configured so that the image of the source stop 113 corresponds to the projection stop 120 in a 1: 1 manner so that the light passing through the source stop 113 is not lost by the AMA light modulator 118. Investigate with

AMA 광 변조기(118)는 조사된 광선을 반사시키기 위한 다수의 미러를 포함하며, 상기 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가되는 전기 신호에 따라서 광선의 세기를 변조한다.The AMA light modulator 118 includes a plurality of mirrors for reflecting the irradiated rays, which modulate the intensity of the rays in accordance with electrical signals applied to the piezoelectric actuators provided thereunder.

프로젝션 스톱(120)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 프로젝션 렌즈(122)는 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다.The projection stop 120 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 122 projects a ray passing through the opening of the projection stop 120 on a screen (not shown) to display a corresponding image.

이하, 상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 AMA 투사 시스템(100)의 작동 원리를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation principle of the AMA projection system 100 according to the present invention having the above-described structure will be described in more detail.

먼저, AMA 투사 시스템(100)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(111)로 부터 방출된 광선들이 소오스 렌즈(112)를 통해 평행광으로 소오스 스톱(113) 상에 조사된다. 상기 소오스 스톱(113)의 개구를 통과한 광선은 모듈레이션 렌즈부(116)에 의해 평행광으로 AMA 광 변조기(118)에 조사된다. 상기 AMA 광변조기(118)의 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기 신호에 따라서 액튜에이팅되어 프로젝션 스톱(120) 상에 조사된다. 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과한 광선은 프로젝션 렌즈(122)를 통해 스크린 상에 투사됨으로써 화상을 형성한다. 이때, 상기 미러로 부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(120)에 대한 AMA 광 변조기(118)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.First, when driving the AMA projection system 100, the light rays emitted from the halogen metal lamp 111 are irradiated onto the source stop 113 as parallel light through the source lens 112. Light rays passing through the opening of the source stop 113 are irradiated to the AMA light modulator 118 by the modulation lens unit 116 as parallel light. The mirror of the AMA optical modulator 118 is actuated according to an electrical signal applied to the piezoelectric actuator provided thereunder and irradiated onto the projection stop 120. Light rays that pass through the opening of the projection stop 120 are projected onto the screen through the projection lens 122 to form an image. At this time, the path of the light beam reflected from the mirror determines the intensity of the light beam passing through the opening of the projection stop 120. That is, the flux of light rays passing through the opening of the projection stop 120 is controlled by the direction of the mirror of the AMA light modulator 118 relative to the projection stop 120.

여기서, 본 발명의 AMA 투사 시스템(100)에 사용되는 소오스 스톱(113)과 프로젝션 스톱(120)은 도 5에 도시된 바와 같이 그 크기가 서로 다르게 설계된다. 즉, 프로젝션 스톱(120)이 소오스 스톱(113)보다 크게 설계된다. 이와 같이 설계된 소오스 스톱(113)의 이미지와 프로젝션 스톱(120)과의 관계를 도 6a 및 6b를 참조하여 설명한다.Here, the source stop 113 and the projection stop 120 used in the AMA projection system 100 of the present invention are designed to be different in size as shown in FIG. That is, the projection stop 120 is designed to be larger than the source stop 113. The relationship between the image of the source stop 113 and the projection stop 120 designed as described above will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

도 6a를 참조하면, 상기 AMA 광 변조기(118)에 전압을 인가하지 않을 경우(즉, 전압 OFF시), AMA 광 변조기(118)의 각 미러들의 경사각이 제로(0°)가 된다. 그 결과, AMA 광 변조기(118)로 조사된 소오스 스톱의 이미지(113a)가 그대로 상기 프로젝션 스톱(120)에서 벗어나서 상을 맺게 된다. 이때, 소오스 스톱(113)과 프로젝션 스톱(120)은 서로 다른 크기로 형성되어 있으므로, 소오스 스톱의 이미지(113a)는 프로젝션 스톱(120)에 1:1로 대응되지 않는다.Referring to FIG. 6A, when no voltage is applied to the AMA light modulator 118 (that is, when the voltage is OFF), the inclination angle of each mirror of the AMA light modulator 118 becomes zero (0 °). As a result, the image 113a of the source stop irradiated with the AMA light modulator 118 is taken out of the projection stop 120 as it is and forms an image. In this case, since the source stop 113 and the projection stop 120 are formed in different sizes, the image stop 113a of the source stop does not correspond 1: 1 to the projection stop 120.

도 6b를 참조하면, 상기 AMA 광 변조기(118)에 전압을 인가할 경우, AMA 광 변조기(118)의 미러가 진동하거나 기울어지거나 구부러지게 된다. 그 결과, AMA 광 변조기(118) 상에 조사된 광선이 상기 미러에 의해 반사되어 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하도록 조준된다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 AMA 광 변조기는 상부 전극의 일부만이 미러로 사용되기 때문에 (도 1의 A 부분), 변조되는 소오스 스톱의 이미지(113a)가 상하 및 좌우로 퍼지게 된다. 그러나, 본 발명에서는 프로젝션 스톱(120)이 소오스 스톱(113)보다 크게 설계되어 있으므로, 소오스 스톱의 이미지(113a)가 광 손실이 거의 없으면서 프로젝션 스톱(120)을 통과하게 된다.Referring to FIG. 6B, when a voltage is applied to the AMA light modulator 118, the mirror of the AMA light modulator 118 vibrates, tilts, or bends. As a result, the light beam irradiated on the AMA light modulator 118 is reflected by the mirror and is aimed to pass through the opening of the projection stop 120. At this time, since the AMA optical modulator having the structure as shown in FIG. 1 uses only a part of the upper electrode as a mirror (part A of FIG. 1), the image 113a of the source stop being modulated is spread up and down and left and right. . However, in the present invention, since the projection stop 120 is designed to be larger than the source stop 113, the source stop image 113a passes through the projection stop 120 with little light loss.

여기서, 도 4는 단판식(Singel panel) AMA 광 변조기를 이용한 단색(Monochrome) 시스템을 예시하였으나, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 단판식 AMA 광 변조기에 순차적으로 적색, 녹색 및 청색 광들을 조사시키기 위하여 컬러 휠과 같은 장치를 사용하여 컬러(R,G,B) 화상을 표시하는 단판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.Here, FIG. 4 illustrates a monochrome system using a single panel AMA light modulator, but according to another preferred embodiment of the present invention, red, green, and blue lights are sequentially applied to the single panel AMA light modulator. The invention can be applied to single-plate color systems that display color (R, G, B) images using devices such as color wheels for illumination.

또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, 3판식(Three panel) AMA 광 변조기를 이용하여 컬러 화상을 표시하는 다판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.Further, according to another preferred embodiment of the present invention, the present invention can be applied to a multi-plate color system that displays color images using a three-panel AMA light modulator.

상술한 바와 같이 본 발명은, 소오스 스톱과 프로젝션 스톱의 크기를 서로 다르게 설계한다. 즉, 프로젝션 스톱을 소오스 스톱보다 크게 만들어서 AMA 광 변조기의 미러에 의해 상하 좌우로 퍼지면서 반사되는 소오스 스톱의 이미지가 광 손실 없이 프로젝션 스톱을 통과하도록 한다.As described above, the present invention designs the size of the source stop and the projection stop differently. That is, the projection stop is made larger than the source stop so that the image of the reflected source stop is passed through the projection stop without light loss while spreading up and down and left and right by the mirror of the AMA modulator.

따라서, 본 발명에 의한 광학적 투사 시스템에 의하면, 소오스 스톱의 이미지가 광 손실 없이 프로젝션 스톱을 통과하므로, 스크린에 도달하는 광량이 증가되어 고 휘도의 화면을 구현할 수 있다.Therefore, according to the optical projection system of the present invention, since the image of the source stop passes through the projection stop without light loss, the amount of light reaching the screen is increased, thereby realizing a screen having high luminance.

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 (3)

광선을 발생시키기 위한 광원(111);A light source 111 for generating light rays; 상기 광선의 플럭스를 집중시키며, 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱(113);A source stop 113 for concentrating the flux of the light beams and for determining the amount of light beams forming an image; 상기 소오스 스톱(113)을 통과하는 광선의 세기를 변조하여 스크린 상에 투영하기 위한 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(118); 및An actuated mirror array light modulator (118) for modulating and projecting the intensity of light rays passing through the source stop (113); And 상기 소오스 스톱(113)보다 큰 크기를 가지며, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(118)에 의해 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(120)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.And a projection stop (120) having a size greater than the source stop (113) and for concentrating the flux of light modulated by the actuated mirror array light modulator (118). 제1항에 있어서, 상기 광원(111)으로 부터 발생되는 광선을 평행광으로 만들어 상기 소오스 스톱(113)으로 향하게 하는 소오스 렌즈(112), 상기 소오스 스톱(113)을 통과한 광선을 평행광으로 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(118)로 조사하기 위한 모듈레이션 렌즈(116), 및 상기 프로젝션 스톱(120)을 통과한 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.The light source of claim 1, wherein the light beam passing through the source stop 112 and the source stop 113 are converted into parallel light by turning the light beam generated from the light source 111 into the parallel light. And a modulation lens 116 for irradiating the actuated mirror array light modulator 118, and a projection lens for projecting light beams passing through the projection stop 120 onto the screen. Projection system. 제1항에 있어서, 상기 액튜에이티드 미러 어레이 광 변조기(118)는 화상 신호전압이 인가되는 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스로 부터 화상 신호 전압을 전달받아서 작동하는 액튜에이터를 구비하며, 상기 액튜에이터는 액티브 매트릭스 상에 지지부를 갖고 형성되며 액튜에이터에 안정성을 제공하는 멤브레인층, 멤브레인층 상에 형성되며 신호 전극으로서 기능하는 하부 전극, 하부 전극 상에 형성되며 변형 가능한 압전층, 및 압전층 상에 형성되며 광학 에너지를 반사하는 상부 전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.The active mirror array optical modulator 118 has an active matrix to which an image signal voltage is applied, and an actuator for receiving an image signal voltage from the active matrix, wherein the actuator is an active matrix. A membrane layer formed on the membrane layer and having a support thereon and providing stability to the actuator, a lower electrode formed on the membrane layer and functioning as a signal electrode, a piezoelectric layer formed on the lower electrode and deformable, and an optical energy Optical projection system, characterized in that consisting of the upper electrode reflecting.