KR200145200Y1 - Parallel light source device - Google Patents

Abstract

프로젝터와 같은 광학 기기에 사용될 수 있는 균일한 평행광을 출사시킬 수 있는 광원 장치가 개시되어 있다.A light source device capable of emitting uniform parallel light that can be used in an optical device such as a projector is disclosed.

일반적인 포물경에 의한 평행광은 포물경이 정밀하게 제작된 경우에도 광원이 이상적인 점광원이 아니기 때문에 이에 따른 비평행광 광선이 발생하게 되어 화상에 영향을 주게 된다.Parallel parabolic light generated by a general parabolic mirror generates non-parallel light beams because the light source is not an ideal point light source even when the parabolic mirror is precisely produced, thereby affecting an image.

이와 같은 비평행광 광선을 보정하기 위하여, 광원 장치를 램프, 초점에 램프를 갖는 포물경 및 포물경의 전방에 광축에 수직하게 위치하는 복수의 마이크로 렌즈 어레이로 구성된 마이크로 렌즈 패널을 포함하여 구성하여, 각각의 마이크로 렌즈의 초점이 포물경 상에 대응하는 점을 갖게 함으로써 비평행광을 보정하고자 하였다.In order to correct such non-parallel light rays, the light source device comprises a lamp, a parabolic mirror having a lamp in focus, and a microlens panel composed of a plurality of microlens arrays positioned perpendicular to the optical axis in front of the parabolic mirror, respectively. Non-parallel light was corrected by making the focal point of the microlens of the lens have a corresponding point on the parabolic mirror.

이와 같은 광원 장치는 프로젝터, 액정 투사 장치 등과 같은 광학기기의 광원 장치로 사용될 수 있다.Such a light source device can be used as a light source device of an optical device such as a projector, a liquid crystal projection device.

Description

평행광 광원 장치Parallel light source

제1도는 종래의 기술에 따라 구성된 포물경을 사용한 평행한 평행광 광원 장치의 구성과 작용을 보여 주는 개략도.1 is a schematic view showing the construction and operation of a parallel parallel light source device using a parabolic mirror constructed according to the prior art.

제2도는 본 고안에 따라 구성된 포물경을 사용한 평행광 광원 장치의 구성과 작용을 보여 주는 개략도, 그리고,2 is a schematic view showing the configuration and operation of a parallel light source device using a parabolic mirror constructed in accordance with the present invention, and

제3도는 마이크로 렌즈 패널의 부분 사시도이다.3 is a partial perspective view of a micro lens panel.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 광원 2 : 포물경1: light source 2: parabolic

3 : 렌즈 4 : 슬릿3: lens 4: slits

5 : 마이크로 렌즈 6 : 마이크로 렌즈 패널5: micro lens 6: micro lens panel

본 고안은 평행광을 출사시키는 광원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포물경과 마이크로 렌즈를 사용하여 평행광을 출사시키는 광원 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a light source device for emitting parallel light, and more particularly to a light source device for emitting parallel light using a parabolic mirror and a micro lens.

포물경은 그 초점에 위치하는 광원으로부터 나온 빛을 반사하여 평행광을 형성시킨다. 그러나, 이것은 광원, 즉 램프가 점광원일 경우에 정확히 성립된다고 할 수 있다. 따라서, 정확히 점광원이 아닌 경우에는 비평행광의 성분을 생성하게 된다. 이러한 비평행광의 성분들은 광원의 중심점을 기준으로 볼 때 광축으로부터 약간 분산되는 경향을 갖게 된다.The parabolic mirror reflects light from a light source located at its focal point to form parallel light. However, this can be said to be true when the light source, that is, the lamp, is a point light source. Therefore, if it is not exactly a point light source, it produces a component of non-parallel light. The components of such non-parallel light tend to be slightly dispersed from the optical axis when viewed from the center point of the light source.

따라서, 이와 같이 형성된 평행광이 상당한 거리를 진행하여 상을 형성하게 될 경우에, 비평행광 성분이 평행광 성분에 의한 상과 다른 상을 중첩하여 형성하게 된다. 이러한 광원 장치가 영상기기에 사용될 경우에, 이와 같은 비평행광 성분들은 영상기기의 광학 구성 요소들을 통과하여 스크린에 투사되면, 결과적으로 서로 일치하지 않는 상을 겹쳐 형성하여 선명하지 않은 화상을 만들게 된다.Therefore, when the parallel light thus formed travels a considerable distance to form an image, the non-parallel light component overlaps the image formed by the parallel light component with another image. When such a light source device is used in an imaging device, such non-parallel components are projected onto the screen through the optical components of the imaging device, resulting in overlapping images that do not coincide with each other, resulting in an unclear image.

물론 이와 같은 현상은 광원이 이상적인 점광에서 어느 정도 벗어나는가에 따라 그 정도가 차이가 있으나, 정확히 인식되지 않는 정도인 경우에도 명확한 선명도를 갖는 경우와 직접 비교한다면 차이가 있게 된다. 따라서 이러한 비평행광의 성분은 보정될 수 있다면 가능한 한 보정되는 것이 바람직할 것이다. 기본적으로는 광원을 가능하면 이상적인 점광원의 형태로 만들 수 있는 것이 더 바람직하지만 어느 정도의 한계가 있는 것이다.Of course, such a phenomenon may vary depending on how far the light source deviates from the ideal point light, but even if it is not accurately recognized, there is a difference if it is directly compared with the case of clear clarity. Therefore, it would be desirable to correct this non-parallel light component as much as possible if it can be corrected. Basically, it is more desirable to be able to make the light source in the form of an ideal point light source if possible, but there are some limitations.

종래의 기술에서 이러한 비평행광을 제거시키기 위한 방법은 제1도에 도시되어 있다. 포물경(2)의 초점에 광원 즉 램프(1)가 위치하며, 램프(1)에서 발산된 빛은 약간 평행광에서 벗어난 비평행광과 평행광이 포물경(2)의 전방에 있는 접속 렌즈(3)로 진행한다. 집속렌즈(3)를 통과한 빛은 렌즈(3)의 초점에 위치한 슬릿(4)을 통하여 계속진행된다. 이때 비평행광의 성분들은 초점을 벗어나 진행하게 되므로 슬릿(4)을 통과하지 못하게 되며 거의 평행광만 슬릿(4)을 통과하여 진행하게 된다. 예를 들어, 제1도의 P점을 중심으로 살펴 보면, 램프(1)의 중심에서 나온 광선은 실선으로 표시되어 있으며, 평행광으로 렌즈(3)를 통한 후 슬릿(4)을 통과하여 진행한다. 그러나, 램프(1)의 양단에서 방출된 점선으로 표시된 광선은 렌즈(3)를 통과한 후 슬릿(4)을 통과하지 못하게 된다.The method for removing such non-parallel light in the prior art is shown in FIG. The light source, or lamp 1, is positioned at the focal point of the parabolic mirror 2, and the light emitted from the lamp 1 has a non-parallel and parallel light in front of the parabolic mirror 2 with non-parallel and parallel light. Proceed to 3). Light passing through the focusing lens 3 continues through the slit 4 located at the focal point of the lens 3. At this time, the components of the non-parallel light do not pass through the slit 4 because they proceed out of focus, and almost parallel light passes through the slit 4. For example, looking at the point P of FIG. 1, the light rays emitted from the center of the lamp 1 are indicated by solid lines, and proceed through the slit 4 after passing through the lens 3 as parallel light. . However, the light rays indicated by dotted lines emitted at both ends of the lamp 1 do not pass through the slit 4 after passing through the lens 3.

그러나, 이와 같은 보정은 상당 부분의 빛이 손실되며 또한 슬릿의 정밀도에 따라 비평행광의 성분이 많이 혼입되거나 평행광의 성분이 차단될 수도 있다. 물론, 어느 정도 벗어난 비평행광의 성분은 포함하고 상당히 벗어난 비평행광의 성분만을 제거하는 방식으로 조절되겠지만, 완전한 비평행광의 제고는 실제적으로 불가능하다. 또한 슬릿의 형태에 따라서는 광선과 슬릿이 접하는 경계선, 엄밀히 말해서 경계면에서 간섭이 일어날 수 있는 가능성도 있다.However, such a correction may cause a large portion of light to be lost, and a large amount of non-parallel light may be mixed or parallel light may be blocked depending on the precision of the slit. Of course, it will be adjusted in such a way as to include the components of the non-parallel light which deviate to some extent and to remove only the components of the non-parallel light which deviate considerably. In addition, depending on the shape of the slit, there is a possibility that interference may occur at the boundary line between the ray and the slit, that is, the interface.

따라서, 본 고안의 목적은 평행광을 출사시키는 광원 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a light source device for emitting parallel light.

본 고안의 광원 장치는 램프, 초점에 램프를 갖는 포물경 및 포물경의 전방에 광축에 수직하게 위치하는 복수의 마이크로 렌즈 어레이로 구성된 마이크로 렌즈 패널을 포함하여 구성되며, 각 마이크로 렌즈는 그 초점이 광축과 포물경의 반사면의 교차점에 위치하도록 형성되어 있으며, 포물면경에 의한 평행광 중에 포함된 비평행광 광선을 평행광으로 보정할 수 있는 것을 특징으로 한다.The light source device of the present invention comprises a microlens panel composed of a lamp, a parabolic mirror having a lamp at the focal point, and a plurality of microlens arrays positioned perpendicular to the optical axis in front of the parabolic mirror, wherein each microlens has a focal point of the optical axis. It is formed so as to be located at the intersection of the reflecting surface of the parabolic mirror, characterized in that the non-parallel light beam included in the parallel light by the parabolic mirror can be corrected as parallel light.

이와 같은 구성에 의하여, 상당 부분의 비평행광의 성분을 평행광으로 바꾸어 주게 되어 광량의 감소를 비교적 줄일 수 있으며, 상대적으로 양호한 평행광을 출사시키는 광원 장치가 실현될 수 있다. 또한 마이크로 렌즈의 개수가 증가할수록 정밀한 보정이 이루어질 수 있어 더 효과적으로 평행광을 형성할 수 있게 된다.By such a configuration, a substantial portion of the non-parallel light is changed to parallel light, so that the reduction in the amount of light can be relatively reduced, and a light source device that emits relatively good parallel light can be realized. In addition, as the number of microlenses increases, precise correction may be performed, and thus parallel light may be more effectively formed.

이하 본 고안을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도에 본 고안의 광원 장치가 도시되어 있다. 일반적으로 평행광을 형성할 수 있는 포물경(2)의 초점에 램프(1)가 위치한다. 포물경(2)에서 반사된 평행광이 진행하는 방향으로 복수의 마이크로 렌즈(5)로 구성된 마이크로 렌즈 패널(6)이 광축에 수직으로 위치한다.2 shows a light source device of the present invention. In general, the lamp 1 is located at the focal point of the parabolic mirror 2 which can form parallel light. In the direction in which parallel light reflected from the parabolic mirror 2 travels, a micro lens panel 6 composed of a plurality of micro lenses 5 is positioned perpendicular to the optical axis.

본 고안에서 사용되는 비평행광에 대한 보정 방식은 유한 요소 방식으로 볼 수 있으며, 요소의 개수 즉 마이크로 렌즈(5)의 개수가 증가할수록 보정의 정밀도는 증가할 수 있다. 그러나, 한편으로는 요구되는 평행광의 정밀도와 다른 한편으로는 렌즈의 가공의 정밀도, 가공 비용 등의 문제와 상관 관계를 가지므로 마이크로 렌즈(5)의 개수는 적정한 수준에서 결정될 수 있다.The correction method for the non-parallel light used in the present invention can be viewed as a finite element method, and the accuracy of the correction may increase as the number of elements, that is, the number of the microlenses 5 increases. However, on the one hand, the number of microlenses 5 can be determined at an appropriate level since it has a correlation with the required precision of parallel light and on the other hand problems such as precision of processing of the lens, processing cost and the like.

제3도에 마이크로 렌즈 패널의 부분 사시도가 도시되어 있다.3 is a partial perspective view of a micro lens panel.

마이크로 렌즈 패널(6)은 매우 작은 마이크로 렌즈(5)로 구성되어 있으며, 마이크로 렌즈(5)는 평면을 구성할 수 있는 다각형의 형상을 할수 있으며, 일반적으로 직사각형이 사용될 수 있으며, 정사각형이 바람직하다. 여기서 마이크로 렌즈(5)는 각각 초점 거리가 다른 볼록렌즈로 구성된다. 블록 렌즈의 초점 거리는 포물경(2) 상의 대응하는 점까지의 거리가 된다. 참고적으로 마이크로 렌즈(5)는 본래 평행광에서 매우 작은 정도로 벗어난 비평행광을 교정하는 목적을 가지므로, 그 곡율이 매우 작다. 또한 마이크로 렌즈(5)의 개수가 증가할수록, 즉 마이크로 렌즈(5)의 크기가 작아질수록 곡율은 작아진다. 이 처럼 렌즈의 곡율이 작다는 것은 렌즈 형상이 거의 평면에 가깝다는 것을 의미한다.The microlens panel 6 is composed of very small microlenses 5, and the microlenses 5 may have a polygonal shape constituting a plane, and generally a rectangle may be used, and a square is preferable. . In this case, the microlenses 5 are each composed of convex lenses having different focal lengths. The focal length of the block lens is the distance to the corresponding point on the parabolic mirror 2. For reference, since the microlens 5 originally has a purpose of correcting non-parallel light deviating to a very small degree from parallel light, its curvature is very small. Further, as the number of microlenses 5 increases, that is, the smaller the size of the microlenses 5, the curvature becomes smaller. As such, the small curvature of the lens means that the lens shape is almost flat.

비평행광의 요소가 보정되는 원리를 제2도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.Referring to FIG. 2, the principle of correcting non-parallel light is as follows.

먼저, 비평행광의 성분이 발생하는 이유는 앞에서 언급한 바와같이, 램프(1)이 이상적인 점광원이 아니기 때문이다. 이와 관련하여 여기서 같은 정도의 정밀도로 렌즈에 관하여 말한다면, 마이크로 렌즈(5)의 초점도 완전한 점으로 형성되지는 않는다는 점이다. 이러한 상황은 광학적으로 이상적이지 않지만 본 고안의 평행광 보정에서는 유리하게 이용될 수 있다. 즉, 본 고안에서는 포물경(2) 상에서 각각의 마이크로 렌즈(5)에 대응하는 각각의 점을 중심으로 이를 통과하는 광선들에 대한 보정을 행하기 때문이다. 여기서, 대응하는 각각의 포물경(2) 상의 점은 곧 마이크로 렌즈(5)의 초점이며, 엄밀하게 극히 작은 면이며, 면의 모양은 대응하는 마이크로 렌즈(5)의 광축에 대한 수직 단면 형상을 축소한 것과 같다.First, the reason why non-parallel light occurs is because the lamp 1 is not an ideal point light source, as mentioned above. In this connection, if the lens is spoken with the same degree of precision here, the focal point of the microlens 5 is not formed to a perfect point. This situation is not optically ideal but can be advantageously used in the parallel light correction of the present invention. That is, in the present invention, the light beams passing through the parabolic mirror 2 are corrected about the respective points corresponding to the respective micro lenses 5. Here, the point on each corresponding parabolic mirror 2 is the focal point of the microlens 5, which is strictly an extremely small plane, and the shape of the plane is a vertical cross-sectional shape with respect to the optical axis of the corresponding microlens 5. It's like a zoom out.

또한, 언급하여 둘 것은 본 고안의 방식을 적용하는 경우에 상당부분의 비평행광 성분이 평행광 성분으로 바뀌게 되고 또 거의 평행광에 근접하는 성분으로 바뀌어지는 반면에, 본래 정확하게 평행광인 성분은 극히 적은 편이지만, 그 일부가 비평행광으로 바뀔 수도 있다는 점이다.In addition, it should be noted that when the method of the present invention is applied, a large part of the non-parallel light component is converted into a parallel light component and a component that is almost close to parallel light, whereas components that are exactly parallel light in nature are extremely small. On the other hand, part of it may turn into non-parallel light.

제2도에서 광원은 설명을 위하여 다수 과장되어 도시되어 있다.In FIG. 2, the light sources are exaggerated for clarity.

램프(1)의 각 광점에서 발산하는 빛은 모든 방향으로 반사되는 것으로 보아야 한다. 즉, 램프(1)의 각 광점들에서 발산되는 빛은 포물경(2)의 전표면으로 진행하여 반사된다. 이를 포물경(2) 상의 점들의 관점에서 보면, 램프(1)의 모든 광점들에서 발산된 광선들 중에는 포물경(2) 상의 한점을 지나는 광선을 갖는다. 이와 같이 포물경(2)의 한점을 통과하는 램프(1)의 광선들은 마이크로 렌즈 패널(6)의 각각 대응하는 마이크로 렌즈(5)를 갖게 된다. 그리고, 적어도 이점을 통과하는 광선들은 거의 완전한 평행광으로 보정된다는 사실이 중요한 것이다. 앞에서 언급한 바와 같이 포물경(2)의 한점은 실제로 어느 정도의 면적을 갖는 면이라는 것을 고려하여 그 면들의 합이 50%를 넘을 정도가 되면 렌즈의 개수가 될때 매우 효율적인 보정 효과를 얻을 수 있다. 또한 그 면적은 실제초점이 갖는 면적보다 더 크게 되는데 포물경(2)의 면이 광축에 대해 경사져 있기 때문이다. 또, 렌즈의 개수는 예를 들면 PDLC 패널과 같은 액정 패널의 셀의 수와 동일한 개수로 정할 수도 있다. 액정 패널의 셀의 수도 일정하게 정해져 있는 것은 아니며 몇가지 유형으로 나누어지는데, 화소수를 증가시켜 더 양호한 화면을 얻기 위한 기술 발전에 따라 증가하고 있다. 따라서, 렌즈의 개수는 사용 액정 패널에 따라 정해질 수 있다.Light emitted at each light point of the lamp 1 should be seen to be reflected in all directions. In other words, the light emitted from each light spot of the lamp 1 travels to the entire surface of the parabolic mirror 2 and is reflected. In view of the points on the parabolic mirror 2, among the rays emitted at all light spots of the lamp 1, there is a ray passing through a point on the paraboloid mirror 2. As such, the light rays of the lamp 1 passing through one point of the parabolic mirror 2 have corresponding microlenses 5 of the microlens panel 6, respectively. And it is important to note that the rays passing through at least the advantage are corrected to nearly complete parallel light. As mentioned earlier, considering that one point of the parabolic mirror 2 is actually a surface having a certain area, when the sum of the surfaces exceeds 50%, a very efficient correction effect can be obtained when the number of lenses is reached. . In addition, the area becomes larger than the area having the actual focus because the surface of the parabolic mirror 2 is inclined with respect to the optical axis. In addition, the number of lenses may be set to the same number as the number of cells of a liquid crystal panel such as a PDLC panel, for example. The number of cells of the liquid crystal panel is not fixed, but is divided into several types. The number of pixels of the liquid crystal panel increases with the development of technology for obtaining a better screen by increasing the number of pixels. Therefore, the number of lenses can be determined according to the liquid crystal panel used.

마이크로 렌즈 패널(6)은 일체형으로 제작될 수 있으며, 예를 들면, 고분자 재료를 사용하여 성형할 수 있다. 다양한 고분자 재료가 광학용으로 개발되고 있으며, 특히 투명도를 높은 재료가 계속 개발되고 있다. 또한 각각의 재료에 따라 구조적 특성에 의한 굴절율도 차이가 있으므로 목적에 따라 선택될 수 있다. 마이크로 렌즈(5)의 초점이 각기 다르므로 이에 따라 설계된 금형을 사용하게 된다. 물론, 금형은 광학적기기 특히 렌즈에 요구되는 정밀도 수준으로 엄격하게 가공되어야 한다.The micro lens panel 6 may be manufactured in one piece, and may be molded using, for example, a polymer material. Various polymer materials are being developed for optics, and in particular, materials with high transparency are continuously being developed. In addition, since the refractive index due to the structural characteristics of each material is also different, it can be selected according to the purpose. Since the focus of the microlenses 5 is different, a mold designed accordingly is used. Of course, the mold must be rigorously processed to the level of precision required for optical instruments, especially lenses.

또한 각각의 마이크로 렌즈(5)에 사용되는 볼록 렌즈는 다양한 형태의 것이 사용될 수 있지만, 일체형으로 제작시의 편의를 위하여 한면이 평면인 것이 바람직하다.In addition, although the convex lens used for each micro lens 5 can be used in various forms, it is preferable that one surface is flat for the convenience of manufacturing integrally.

본 고안이 추구하는 바는 상기에 설명한 바와 같이, 이미 형성되어 있는 평행광 중에서 비평행광의 요소를 본래의 광량에 손실을 주지않으면서 상당 부분을 보정하기 위한 것이므로 정밀도는 최소한 이에 사용되는 포물면경과 같은 수준으로 유지될 수 있어야 한다.The present invention seeks to correct a substantial portion of the parallel light, which is already formed, without losing the original amount of non-parallel light, as described above. It should be possible to maintain it.

상기에 설명한 본 고안에 의해 상대적으로 균일한 평행광을 얻을 수 있는 광원 장치가 제공된다. 이와 같은 광원 장치는 일반적인 프로젝터 또는 액정 패널 투사 장치와 같은 광학 기기에 사용되어 선명한 화상을 제공할 수 있게 한다.According to the present invention described above, a light source device capable of obtaining relatively uniform parallel light is provided. Such a light source device can be used in an optical device such as a general projector or a liquid crystal panel projection device to provide a clear image.

Claims (4)

평행광을 제공하기 위한 광원 장치에 있어서, 램프, 초점에 램프를 갖는 포물경 및 포물경의 전방에 광축에 수직하게 위치하는 복수의 마이크로 렌즈 어레이로 구성된 마이크로 렌즈 패널을 포함하여 구성되며, 각 마이크로 렌즈는 그 초점이 광축과 포물경의 반사면의 교차점에 위치하도록 형성되어 있으며, 포물경에 의한 평행광 중에 포함된 비평행광 광선을 평행광으로 보정할 수 있는 것을 특징으로 하는 평행광 광원 장치.A light source device for providing parallel light, comprising: a microlens panel comprising a lamp, a parabolic mirror having a lamp at a focus, and a plurality of microlens arrays positioned perpendicular to the optical axis in front of the parabolic mirror, each microlens And the focal point is located at the intersection of the optical axis and the reflecting surface of the parabolic mirror, wherein the non-parallel light beam included in the parallel light by the parabolic mirror can be corrected by parallel light. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 패널이 일체형으로 제작된것을 특징으로 하는 평행광 광원 장치.The parallel light source device of claim 1, wherein the micro lens panel is integrally manufactured. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 패널을 구성하는 마이크로 렌즈의 형상이 평면을 구성할 수 있는 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 평행광 광원 장치.The parallel light source device of claim 1, wherein a shape of the microlenses constituting the microlens panel is a quadrangular shape that can form a plane. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 패널을 구성하는 각각의 렌즈가 상응하는 포물경의 점을 초점으로 하는 것을 특징으로 하는 평행광 광원 장치.The parallel light source device of claim 1, wherein each lens constituting the microlens panel has a focal point of a corresponding parabolic mirror.