KR100188196B1

KR100188196B1 - Optical system for projector

Info

Publication number: KR100188196B1
Application number: KR1019950050271A
Authority: KR
Inventors: 남성우
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1999-06-01
Also published as: KR970057643A

Abstract

본 발명은 편광빔분할기와 차단막을 사용하여 광학계를 구성함으로써 스크린상에서 광효율을 증가시키고 화상중의 고스트(ghost)를 제거해 화질을 개선시키고 아울러 광학계의 설계에 있어서 균일성(uniformity)을 개선시킬 수 있도록 된 투사형화상표시장치(projector)의 광학계에 관한 것으로, 그 구성은 고휘도의 백색광을 방사하는 광원(11)과, 상기 광원(11)으로부터 방사된 광중에서 P파는 투과시키고 S파는 반사시켜 분리하는 편광빔 분할기(21)와, 상기 편광빔 분할기(21)의 P파와 S파의 입사광위치에 설치되어 광변조시키는 제1 및 제2광변조수단(30, 40)과, 상기 제1 및 제2광변조수단(30, 40)에 의해 광변조된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈(16)로 구성된 것이다.The present invention is to configure the optical system using a polarizing beam splitter and a blocking film to increase the light efficiency on the screen and to remove the ghost in the image to improve the image quality and to improve the uniformity (uniformity) in the design of the optical system An optical system of a projected image display (projector), the configuration of which is a light source 11 for emitting high-brightness white light, and a polarized light that transmits P waves and reflects and separates S waves in the light emitted from the light source 11 A beam splitter 21, first and second light modulating means 30 and 40 provided at the incident light positions of the P wave and the S wave of the polarizing beam splitter 21 to light modulate the first and second light; It consists of a projection lens 16 for projecting the light modulated light by the modulation means (30, 40) to the screen.

Description

Optical system of projection image display device

제1도는 종래 일반적인 투사형화상표시장치의 광학계를 개략적으로 나타낸 평면도.1 is a plan view schematically showing an optical system of a conventional general projection image display device.

제2도는 본 발명에 따른 투사형화상표시장치의 광학계를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing an optical system of a projection image display device according to the present invention.

제3도는 제2도의 광변조수단의 구성을 나타낸 도면.3 is a diagram showing the configuration of the light modulation means of FIG.

제4도(a) 및 (b)는 제2도의 차단막을 나타낸 도면이다.4 (a) and 4 (b) show the blocking film of FIG.

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

10 : 투사형화상표시장치 16 : 투사렌즈10: projection image display device 16: projection lens

21 : 편광빔 분할기 30, 40 : 제1, 2 광변조수단21, polarization beam splitter 30, 40: first and second light modulation means

32, 42 : 차단막 34, 44 : 마이크로렌즈어레이32, 42: blocking films 34, 44: microlens array

36, 46 : λ/4플레이트 38, 48 : 광로조절기36, 46: λ / 4 plate 38, 48: optical path controller

본 발명은 투사형화상표시장치(projector)의 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편광빔분할기와 차단막을 사용하여 광학계를 구성함으로써 스크린상에서 광효율을 증가시키고 화상중의 고스트(ghost)를 제거해 화질을 개선시키고 아울러 광학계의 설계에 있어서 균일성(uniformity)을 개선시킬 수 있도록 된 투사형화상표시장치의 광학계에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system of a projection image display device, and more particularly, to construct an optical system using a polarizing beam splitter and a blocking film, thereby increasing light efficiency on a screen and removing ghosts in an image to improve image quality. In addition, the present invention relates to an optical system of a projection image display device which can improve uniformity in the design of an optical system.

화상표시장치는 표시방법에 따라, 직시형화상표시장치와 투사형화상표시장치로 구분된다.An image display apparatus is classified into a direct image display apparatus and a projection image display apparatus according to a display method.

직사형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는 데 한계가 있다.The direct type image display apparatus includes a CRT (Cathode Ray Tube). The CRT image display apparatus has a good image quality but has a problem such as an increase in weight and thickness as the screen is enlarged, and a high price. There is a limit.

투사형화상표시장치는 대화면 액정표시장치(liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD의 박형화가 가능하여 중량을 작게할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.Projection type image display apparatuses include a large crystal display (hereinafter referred to as an LCD), and such a large screen LCD can be thinned to reduce the weight. However, the LCD has a high light loss due to the polarizing plate, and a thin film transistor for driving the LCD is formed for each pixel, so that there is a limit in increasing the aperture ratio (light transmission area).

따라서, 미합중국 Aura사에 의해 액추에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays : 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형화상표시장치가 개발되었다.Accordingly, a projection image display device using Actuated Mirror Arrays (hereinafter referred to as AMA) has been developed by Aura, USA.

상기 투사형화상표시장치는 1차원 AMA를 이용하는 것과 2차원 AMA를 이용하는 것으로 구별된다. 1차원 AMA는 거울면들이 M×1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울면이 M×N 어레이로 배열되어 있다. 따라서, 1차원 AMA를 이용하는 투사형화상표시장치는 주사거울을 이용하여 M×1개의 광선들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형화상표시장치는 M×N개의 광속들을 투사시켜 M×N화소의 어레이를 가지는 영상을 나타내게 된다.The projection image display device is divided into one-dimensional AMA and two-dimensional AMA. The one-dimensional AMA has mirror surfaces arranged in an M × 1 array, and the two-dimensional AMA has mirror surfaces arranged in an M × N array. Therefore, the projection image display device using the one-dimensional AMA pre-scans the M × 1 rays using the scanning mirror, and the projection image display device using the two-dimensional AMA projects the M × N beams to produce an array of M × N pixels. An image with a will be displayed.

제1도는 종래의 투사형화상표시장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a conventional projection image display apparatus.

이 투사형화상표시장치(1)는 광원(11), 반사거울(14), 투사스톱(15), 투사렌즈(16), 필드렌즈(17), 광로조절기(20)를 포함하고 있다.This projection image display apparatus 1 includes a light source 11, a reflection mirror 14, a projection stop 15, a projection lens 16, a field lens 17, and an optical path controller 20.

상기에서 광원(11)으로부터 고휘도의 백색광이 방사(emitting)되어 반사거울(14)에 의해 반사된다.In the above, high-brightness white light is emitted from the light source 11 and reflected by the reflection mirror 14.

상기 필드렌즈(17)는 후술하는 광로조절기(20)앞에 위치하여 큰 반사각을 갖고 반사거울(14)에서 반사되는 광이 손실되지 않도록 하며 광로를 줄이는 것이 바람직하다.The field lens 17 is located in front of the optical path controller 20 to be described later, and has a large reflection angle so that the light reflected from the reflective mirror 14 is not lost and the optical path is reduced.

상기 광로조절기(20)는 상기 필드렌즈(17)로부터 각도가 조절된 입사광에 대하여 화소들과 대응하여 광의 경로가 조절되도록 반사시키는 거울(20c)과, 이 거울(20c)이 일정경로를 가지도록 하여 액츄에이터(20b)가 M×N개가 실장된 액츄에이티드미러어레이패널(20a)로 이루어진다. 상기 액츄에이티드미러어레이패널(20a)은 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 내장되고, 액츄에이터(20b)는 트랜지스터들과 전기적으로 연결되게 액츄에이티드미러어레이패널(20a)에 실장되어 화상신호에 의해 발생되는 전계에 의해 변형되어 상부에 실장된 거울(20c)을 일정각도만큼 경사지게 한다.The optical path controller 20 includes a mirror 20c for reflecting the incident light of which angle is adjusted from the field lens 17 to correspond to the pixels so that the path of the light is controlled, and the mirror 20c has a predetermined path. Therefore, the actuator 20b consists of the actuated mirror array panel 20a in which MxN pieces were mounted. The actuated mirror array panel 20a includes M × N transistors (not shown), and the actuator 20b is mounted on the actuated mirror array panel 20a so as to be electrically connected to the transistors. Deformed by the electric field generated by the image signal, the mirror 20c mounted on the top is inclined by a predetermined angle.

상기 투사렌즈(16)는 상기 광로조절기(20)에 의해 광량이 조절된 광을 스크린에 투사시킨다.The projection lens 16 projects the light whose light amount is adjusted by the optical path controller 20 onto the screen.

상기한 종래 투사형화상표시장치에 있어서는 스크린상에서 광효율이 낮고, 고스트(ghost)가 생기는 등 화질이 좋지 않은 문제점이 있었고, 또한 광학계의 균일성(uniformity)이 떨어지는 문제점이 있었다.In the conventional projection image display device, there is a problem in that image quality is poor, such as low light efficiency on the screen, ghosting, and also a problem in that the uniformity of the optical system is lowered.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 투사형화상표시장치의 광학계에 있어서의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 편광빔 분할기와 차단막을 포함하여 광학계를 구성함으로서 광원으로부터의 광효율을 증대시키고 또한 화질을 개선시킬 수 있도록 된 투사형화상표시장치의 광학계를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the problems in the optical system of the conventional projection image display device as described above, and includes an optical system including a polarizing beam splitter and a blocking film to increase the light efficiency from the light source and to improve the image quality. It is an object of the present invention to provide an optical system of a projection image display device.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사광을 P파는 투과시키고 S파는 반사시켜 분리하는 편광빔 분할기와, 상기 편광빔 분할기로부터 P파와 S파가 입사되는 위치에 설치되어 상기 P파와 S파를 광변조시키는 제1 및 제2광변조수단과, 상기 제1 및 제2광변조수단에 의해 광변조된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 투사형화상표시장치의 광학계가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the object as described above, a light source for emitting a high brightness white light, a polarization beam splitter for transmitting P-waves and reflecting the S-waves from the light source and separating the S-waves, the polarization First and second light modulating means for optically modulating the P and S waves, the light being modulated by the first and second light modulating means There is provided an optical system of a projection image display device, comprising an projection lens for projecting.

바람직하게는 상기 제1 및 제2광변조수단은 각각 차단막, 마이크로렌즈어레이, λ/4플레이트, 광로조절기의 순서로 설치되어 이루어진 것이다.Preferably, the first and second light modulation means are provided in the order of the blocking film, the microlens array, the λ / 4 plate, and the optical path controller, respectively.

상기 실시예에 따르면, 광원으로부터 고휘도의 백색광이 방사되어 편광빔 분할기에 의해 분리되고 각각 제1 및 제2광변조수단 의해 광변조되어 다시 편광빔분할기를 지나 투사렌즈에 의해 스크린으로 투사되어 화상을 구현하게 되는 것이다.According to the above embodiment, high luminance white light is emitted from the light source, separated by the polarization beam splitter, and light modulated by the first and second light modulation means, respectively, and then projected onto the screen by the projection lens after the polarization beam splitter. Will be implemented.

이하 본 발명에 따른 투사형화상표시장치의 광학계를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an optical system of a projection image display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 발명에 따른 투사형화상표시장치의 광학계를 나타낸 도면이고, 제3도는 제2도의 광변조수단의 구성을 나타낸 도면이고, 제4도 (a) 및 (b)는 제2도의 차단막을 나타낸 도면으로서, 종래기술과 동일부분에는 동일부호를 사용하여 설명한다. 이에 도시한 바와 같이, 투사형화상표시장치(10)는 광원(11), 편광빔 분할기(21), 제1 및 제2광변조수단(30, 40), 투사렌즈(16)를 포함하고 있다.2 is a view showing an optical system of the projection image display apparatus according to the present invention, FIG. 3 is a view showing the configuration of the optical modulation means of FIG. 2, and FIGS. 4 (a) and (b) show the blocking film of FIG. As shown in the drawings, the same parts as in the prior art will be described with the same reference numerals. As shown in the drawing, the projection image display apparatus 10 includes a light source 11, a polarization beam splitter 21, first and second light modulation means 30 and 40, and a projection lens 16.

상기 편광빔 분할기(21)는 광원(11)으로부터 방사된 광은 P파와 S파로 분리하여 P파는 투과시키고 S파는 반사시킨다. 본 발명에서 상기 편광빔 분할기(21)는 평면거울이다.The polarization beam splitter 21 separates the light emitted from the light source 11 into P waves and S waves to transmit P waves and reflect S waves. In the present invention, the polarizing beam splitter 21 is a planar mirror.

상기 제1광변조수단(30)은 차단막(32)과, 마이크로 렌즈어레이(34)와, λ/4플레이트(36)와, 광로조절기(38)로 구성되어, 상기 편광빔분리기(21)로부터 분리된 S파를 광변조시킨다.The first light modulation means 30 is composed of a blocking film 32, a micro lens array 34, a λ / 4 plate 36, and an optical path controller 38, from the polarization beam separator 21. Light modulates the separated S-waves.

상기 제2광변조수단(40)은 차단막(42)과, 마이크로 렌즈어레이(44)와, λ/4플레이트(46), 광로조절기(48)로 구성되어, 상기 편광빔분리기(21)로부터 분리된 P파를 광변조시킨다.The second light modulation means 40 is composed of a blocking film 42, a micro lens array 44, a λ / 4 plate 46, an optical path controller 48, and is separated from the polarization beam separator 21. Modulates the P waves.

상기 차단막(32, 42)은 각각 N개의 슬릿(32a, 42a)을 가지고 있으며, 각각의 슬릿(32a, 42a)은 서로 엇갈리게 되어 있다.The blocking films 32 and 42 each have N slits 32a and 42a, and the slits 32a and 42a are staggered from each other.

상기 마이크로렌즈어레이(34, 44)는 상기 차단막(32, 42)의 슬릿(32a, 42a)을 통과한 광을 광로조절기(38, 48)로 집속시키는 역할을 한다.The microlens arrays 34 and 44 serve to focus light passing through the slits 32a and 42a of the blocking layers 32 and 42 to the optical path controllers 38 and 48.

상기 광로조절기(38, 48)에 입사된 광은 광로조절기(38, 48)의 각 픽셀어레이에 의해 되반사되어, 흑, 백의 신호로 되어 투사렌즈(16)를 통해 스크린에 화상을 제공한다. 또한, 광로조절기(38, 48)의 각 픽셀어레이가 틸팅(tilting)되면 입사광은 상기 차단막(32, 42)의 슬릿(32a, 42a)을 통과하지 못하고 차단된다.The light incident on the optical path controllers 38 and 48 is reflected back by the pixel arrays of the optical path controllers 38 and 48 to form a black and white signal and provide an image on the screen through the projection lens 16. In addition, when each pixel array of the optical path controllers 38 and 48 is tilted, incident light is blocked without passing through the slits 32a and 42a of the blocking layers 32 and 42.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 투사형화상표시장치의 광학계의 작용을 살펴보면, 광원(11)으로부터 고휘도의 백색광이 방사되고, 상기 방사광은 편광빔 분할기(21)에 의해 P파 성분은 투과되고, S파 성분은 반사된다. 이후 상기 편광빔 분할기(21)로부터 반사된 S파는 제1광변조수단(30)의 차단막(32)의 슬릿(32a)를 거쳐 마이크로렌즈어레이(34)에 의해 접속되어 λ/4플레이트(36)를 지나면서 원형편광되고, 광로조절기(38)의 미러어레이에 의해 되반사되어 다시 λ/4플레이트(36)를 지나면서 S파는 P파로 바뀌면서 편광빔분할기(21)를 투과하여 투사렌즈(16)를 통해 스크린에 투사되는 것이다.Looking at the operation of the optical system of the projection image display device according to the present invention configured as described above, the white light of high brightness is emitted from the light source 11, the P-wave component is transmitted by the polarization beam splitter 21, S Wave components are reflected. Thereafter, the S-waves reflected from the polarization beam splitter 21 are connected by the microlens array 34 via the slit 32a of the blocking film 32 of the first light modulating means 30 to be lambda / 4 plate 36. The circularly polarized light passes through the mirror array of the optical path controller 38 and is reflected back by the mirror array of the optical path controller 38, while passing through the λ / 4 plate 36, the S-waves are converted into P-waves and transmitted through the polarization beam splitter 21 to transmit the projection lens 16. Is projected onto the screen.

또한, 상기 편광빔 분할기(21)를 투과한 P파는 제2광변조수단(40)의 차단막(42)의 슬릿(42a)을 거쳐 마이크로렌즈어레이(44)에 의해 집속되어 λ/4플레이트(46)를 지나면서 원형편광되고, 광로조절기(48)의 미러어레이에 의해 되반사되어 다시 λ/플레이트(46)를 지나면서 P파는 S파로 바뀌면서 편광빔분할기(21)를 투과하여 투사렌즈(16)를 통해 스크린에 투사되는 것이다.In addition, the P wave transmitted through the polarization beam splitter 21 is focused by the microlens array 44 via the slit 42a of the blocking film 42 of the second light modulating means 40 and is lambda / 4 plate 46. Is circularly polarized by the light source, reflected back by the mirror array of the optical path controller 48, and then passes through the λ / plate 46 again, whereby the P wave is converted into an S wave and transmitted through the polarization beam splitter 21 to transmit the projection lens 16. Is projected onto the screen.

상기와 같은 과정을 통해 스크린에는 제1 및 제2광변조수단(30, 40)으로부터의 화상정보가 keksakr(32, 42)의 슬릿(32a, 42a)을 통과하면서 입사되어 하나로 합쳐져서 원하는 화상을 구현하게 되는 것이다.Through the above process, the image information from the first and second light modulation means 30 and 40 is incident on the screen while passing through the slits 32a and 42a of the keksakr 32 and 42 and merged together to realize a desired image. Will be done.

상기 실시예에서 광로조절기(38, 48)에 입사된 광은 광로조절기(38, 48)에 전압이 인가되면 차단막(32, 42)으로 광변조가 일어나도록 되어있고, 광로조절기(38, 48)의 미러어레이의 틸팅각도에 따라 광변조가 일어나게 되어 광의 밝기 조절을 할 수 있다.In the above embodiment, the light incident on the optical path controllers 38 and 48 is configured to cause light modulation to the blocking films 32 and 42 when a voltage is applied to the optical path controllers 38 and 48, and the optical path controllers 38 and 48. Light modulation occurs according to the tilting angle of the mirror array so that the brightness of the light can be adjusted.

본 발명에서 투사렌즈(16)의 기능은 광로조절기(38, 48)를 스크린에 결상시켜주는 것이 아니라 차단막(32, 42)를 결상시켜 화상정보를 만들도록 한다.In the present invention, the function of the projection lens 16 is to form the image information by forming the blocking films 32 and 42 instead of forming the optical path controllers 38 and 48 on the screen.

상기 실시예에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 투사형화상표시장치의 광학계는 편광빔분할기를 사용하여 광의 효율을 높이게 된 효과가 있고, 또한 편광빔 분할기와 λ/4플레이트를 이용함으로써 렌즈에서의 반사로 스크린상의 고스트를 제거함으로써 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.As described in the above embodiment, the optical system of the projection image display device according to the present invention has the effect of increasing the light efficiency by using a polarization beam splitter, and also reflects from the lens by using a polarization beam splitter and λ / 4 plate. As a result, the image quality can be improved by removing ghosts on the screen.

Claims

A light source 11 emitting white light having high brightness, a polarization beam splitter 21 for transmitting P waves and reflecting and separating S waves from light emitted from the light source 11, and P waves of the polarization beam splitter 21; The first and second light modulation means 30 and 40 installed at the incident light position of the S-wave, and modulate the light, and the light modulated by the first and second light modulation means 30 and 40 to the screen. And first and second light modulation means 30 and 40, respectively, the blocking films 32 and 42, the microlens arrays 34 and 44, and the λ / 4 plate 36 and 46, respectively. And optical path controllers (38, 48), wherein the blocking films (32, 42) are formed by staggering N lattice slits (32a, 42a), respectively.

The optical system of claim 1, wherein the polarizing beam splitter is a planar mirror having a predetermined thickness.

The optical system of claim 1, wherein the mirror array of the optical path controller (38, 48) is configured to cause light modulation to the blocking layers (32, 42) when a driving voltage is applied and tilted.