KR100235299B1 - Optical system of lcd projector - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고정세 대화면을 만들기 위하여 다수의 액정을 결합할 경우에 생기는 간격을 광학적으로 제거하여 영상의 단절이 없는 깨끗한 대화면의 영상을 얻을 수 있도록 한 액정 프로젝터의 광학장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical device of a liquid crystal projector in which a gap generated when a plurality of liquid crystals are combined to make a high definition large screen is optically removed to obtain a clear large screen image without disconnection of the image.
본 발명은 전면투사형 액정 프러젝터에 있어서, 광원의 광을 집광시키는 다수의 콘덴서 렌즈, 상기 렌즈들의 후단에 평면으로 다수개 배치된 액정, 상기 액정들의 후단에 동일광축상으로 배치된 허상렌즈계, 상기 허상렌즈계를 통하여 나오는 광을 스크린에 투사시키는 투사렌즈계로 이루어져 대화면에서의 양질의 영상을 얻을 수 있도록 한 것이다.The present invention provides a front projection type liquid crystal projector comprising: a plurality of condenser lenses for condensing light from a light source, a plurality of liquid crystals arranged in a plane at a rear end of the lenses, a virtual image lens system arranged on the same optical axis at a rear end of the liquid crystals, and It consists of a projection lens system for projecting light from the virtual lens system to the screen to obtain a high quality image on the large screen.
Description
본 발명은 고정세 대화면을 만들기 위하여 다수의 액정을 결합할 경우에 생기는 간격을 광학적으로 제거하여 영상의 단절이 없는 깨끗한 대화면의 영상을 얻을 수 있도록 한 액정 프로젝터에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal projector capable of optically removing a gap generated when a plurality of liquid crystals are combined to make a high definition large screen, thereby obtaining a clear large screen image without disconnection of the image.
일반적으로 디스플레이 분야에 있어서, CRT는 크기와 평면화면에 대한 제약 때문에 40인치 이상의 화면을 만들기가 매우 어려운 현실이다.In general, in the field of display, it is very difficult to make a screen larger than 40 inches because of limitations in size and flat screen.
따라서, 이러한 제약을 극복하기 위하여 제안된 것이 소형 CRT나 LCD에 맺힌 상을 투사렌즈를 통하여 투사시키는 방식의 투영장치이다.Therefore, what is proposed in order to overcome this limitation is a projection apparatus that projects an image formed on a small CRT or LCD through a projection lens.
한편, HDTV에 대한 다각적인 기술개발의 결과로서 사용자에게 직접적인 영상을 제공하게 되는 고선명 디스플레이 장치로는 CRT를 이용하는 방법외에 PDP, LCD 등을 직접적으로 보는 방식이 추진되고 있는 한편, 소형장치로서 투사에 의하여 대영상을 얻는 액정 프로젝터에 대한 다각적인 연구가 진행되고 있다.On the other hand, as a result of the development of various technologies for HDTV, a high-definition display device that provides a direct image to a user is being promoted to directly view a PDP, LCD, etc. in addition to using a CRT. Various researches on liquid crystal projectors that obtain large images have been conducted.
여기에 사용되는 액정은 VGA급(640×480) 정도가 양산되고 있는 실정이며 실험실 수준에서는 보다 높은 해상도의 제품이 시제작되었지만 HDTV이상(1024×768)의 양산에는 아직 많은 기간을 필요로 하고 있는 현실이다.The liquid crystal used here is mass-produced at VGA level (640 × 480), and higher resolution products have been produced at the laboratory level, but it still takes a long time to mass-produce HDTV (1024 × 768). It is a reality.
따라서, 종래 VGA급 확대투사하는 방법의 제품이 이미 시판되고 있으며 HDTV급의 선명도와 대화면을 얻기 위하여는 CRT나 액정을 여러개 붙여서 직접 보는 방법이 주로 사용되고 있으나, 이러한 방법은 액정사이의 간격 때문에 영상이 단절되기 쉬워 깨끗한 영상을 얻기가 매우 어렵다.Therefore, the conventional VGA-class enlarged projection products are already on the market, and in order to obtain HDTV-class clarity and large screen, CRT or liquid crystals are directly attached to each other. It is very difficult to get a clear image because it is easy to be disconnected.
최근 4장의 액정을 간격없이 붙이는 방법이 개발되거나 또는 10인치 액정을 48장 붙이되 마이크로 렌즈와 프레넬렌즈를 사용하여 배면투사방식으로 하는 방법이 개발되고 있으나, 이러한 방법에서는 마이크로 렌즈의 제작이 어려울뿐만 아니라 원가가 상승하게 되는 문제가 있다.Recently, a method of attaching four liquid crystals without a gap has been developed, or a method of attaching 48 10 inch liquid crystals with a back projection method using a micro lens and a Fresnel lens has been developed, but it is difficult to manufacture a micro lens in such a method. In addition, cost increases.
또한, 배면투사형이기 때문에 화면의 크기를 임의로 조절할 수 없고 마이크로 렌즈 및 프레넬 렌즈의 크기도 화면 크기만큼 크기 때문에 제조상의 어려움이 있다.In addition, since the rear projection type can not arbitrarily adjust the size of the screen and the size of the microlens and Fresnel lens is as large as the screen size, there is a manufacturing problem.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, VGA급 4장을 사용하여 HDTV급의 영상을 투사시키되 액정간의 간격은 투사되지 않도록 하여 영상의 단절을 없앰으로써 깨끗한 영상을 얻도록 하는 액정 프로젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned general drawbacks, to project a HDTV-class image using four VGA class, so that the gap between the liquid crystal is not projected to obtain a clear image by eliminating the disconnection of the image. Its purpose is to provide a liquid crystal projector.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전면투사형 액정 프로젝터에 있어서, 광원의 광을 집광시키는 다수의 콘덴서 렌즈와, 상기 렌즈들의 후단에 평면으로 다수개 배치되어 상기 콘덴서 렌즈에 의해 고르게 조명되는 액정과, 상기 액정들의 후단에 동일광축상으로 배치된 허상렌즈계와, 상기 허상렌즈계를 통하여 나오는 광을 스크린에 투사시키는 투사렌즈계로 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a front projection type liquid crystal projector comprising: a plurality of condenser lenses for condensing light from a light source, a plurality of condenser lenses arranged in a plane at a rear end of the lenses and uniformly illuminated by the condenser lens; And a projection lens system configured to project light emitted through the virtual image lens system onto the screen and disposed on the same optical axis at the rear ends of the liquid crystals.
제1도는 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 구성도.1 is a block diagram of a liquid crystal projector according to the present invention.
제2도는 본 발명의 동작원리를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining the principle of operation of the present invention.
제3도는 본 발명의 각각의 액정의 모양 및 배치상태를 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining the shape and arrangement of each liquid crystal of the present invention.
제4도는 본 발명의 상하좌우 액정의 간격이 동일한 경우 허상렌즈계의 광축의 위치를 설명하기 위한 도면.4 is a view for explaining the position of the optical axis of the virtual image lens system when the distance between the upper, lower, left and right liquid crystals of the present invention is the same.
제5도는 본 발명의 다른 제1실시예시도.5 is another exemplary embodiment of the present invention.
제6도는 본 발명의 제2실시예시도.6 is a second embodiment of the present invention.
제7도는 본 발명의 제3실시예시도.7 is a third embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 광원 3 : 제1콘덴서 렌즈1: light source 3: first capacitor lens
4 : 제2콘덴서렌즈 5 : 제1액정4: second capacitor lens 5: first liquid crystal
6 : 제2액정 7 : 제1허상렌즈6: second liquid crystal 7: first virtual lens
8 : 제2허상렌즈 9 : 스크린8: second virtual lens 9: screen
10 : 투사렌즈계 18-20, 22-25 : 광학계10: projection lens system 18-20, 22-25: optical system
제1도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면으로, 2개의 액정을 결합한 경우의 광로를 나타낸 것이다.1 is a view for explaining the principle of the present invention, showing an optical path in the case of combining two liquid crystals.
이와 같은 구성에 있어서는, 광을 방출하는 광원(1)과, 상기 광원(1)에 의해 방출된 광을 반사시키는 포물면 반사경(2)과, 광을 집광하여 액정을 고르게 조명하기 위한 제1, 제2콘덴서 렌즈(3)(4)와, 상기 제1, 2콘덴서 렌즈(3)(4)후단에 설치된 제1, 제2액정(5)(6)과, 상기 제1, 제2액정(5)(6)의 후단에 설치되며, +굴절률을 갖는 볼록렌즈인 제1, 제2허상렌즈(7)(8)와, 상기 제1허상렌즈(7)의 상을 스크린(9)의 하단에, 상기 제2허상렌즈(8)의 상을 스크린(9)의 중/상단에 맺히게 하는 투사렌즈계(10)로 구성된 것으로, 상기 제1, 제2허상렌즈(7)(8)가 하나의 허상렌즈계를 이룬다.In such a structure, the light source 1 which emits light, the parabolic reflector 2 which reflects the light emitted by the said light source 1, and the 1st, 1st thing for uniformly illuminating a liquid crystal by condensing light 2 condenser lenses (3) (4), first and second liquid crystals (5) (6) provided at the rear end of the first and second condenser lenses (3) (4), and the first and second liquid crystals (5). (6), the first and second virtual lens (7) (8) and the convex lens having a + refractive index and the image of the first virtual lens (7) at the lower end of the screen (9) And a projection lens system 10 for forming an image of the second virtual lens 8 at the middle / top of the screen 9, wherein the first and second virtual lenses 7 and 8 are one virtual image. It forms a lens system.
이와 같이 구성된 본 발명은 광원(1)으로부터 광이 방출되면 포물면의 반사경(2)에 의해 반사되고, 제1, 제2콘덴서 렌즈(3)(4)를 통하여 집광되어 제1, 제2액정(5)(6)을 고르게 조명한다.According to the present invention configured as described above, when light is emitted from the light source 1, the light is reflected by the reflector 2 of the parabolic surface, and the light is condensed through the first and second capacitor lenses 3 and 4. 5) Evenly illuminate (6).
또한, 제1, 제2액정(5)(6)에서 생기는 영상이 볼록렌즈인 제1, 제2허상렌즈(7)(8)와 투사렌즈계(10)를 통하여 스크린(9)에 투사된다.In addition, an image generated by the first and second liquid crystals 5 and 6 is projected onto the screen 9 through the first and second virtual images 7 and 8 which are convex lenses and the projection lens system 10.
이때, 광로 ①은 제1액정(5)의 중심의 영상이 스크린(9)의 하단에 맺히는 것을 의미하고, 광로 ②는 제2액정(6)의 윗부분의 영상이 스크린(9)의 중앙부분에 맺히는 것을 의미하며, 광로 ③은 제2액정(6)의 아래부분의 영상이 스크린(9)의 상단에 맺히는 것을 의미한다.At this time, the optical path ① means that the image of the center of the first liquid crystal (5) is formed at the bottom of the screen 9, the optical path ② means that the image of the upper portion of the second liquid crystal (6) to the center portion of the screen (9) The light path ③ means that the image of the lower part of the second liquid crystal 6 is formed on the top of the screen 9.
제2도에서, 본 발명의 동작원리를 설명하기 위한 것으로, 점선의 광로를 직선으로 연결하면 예를 들어, 제2액정(6)에서 출발한 광선이 제2허상렌즈(8)를 투과한 이후의 실제 광로와 일치하는데 이는 투사렌즈계(10)에 대한 상의 위치가 허상의 위치에 있는 것과 동일하다는 것을 보여주는 것으로, 제2액정(6)이 제2허상렌즈계(8)의 제1촛점보다 안쪽에 위치되어 확대허상이 맺혀지게 되는 것이다.In FIG. 2, for explaining the principle of operation of the present invention, when the light path of the dotted line is connected in a straight line, for example, after the light rays starting from the second liquid crystal 6 pass through the second virtual lens 8 This coincides with the actual optical path of, indicating that the position of the image with respect to the projection lens system 10 is the same as that of the virtual image, where the second liquid crystal 6 is located inward of the first focal point of the second virtual lens system 8. It is located and the enlarged image is formed.
한편, 제1액정(5) 및 제1허상렌즈(7), 제2액정(6) 및 제2허상렌즈(8)사이에는 차폐구조(R)가 이루어져 있어 상호간에 빛이 투과하지 않는다.Meanwhile, a shielding structure R is formed between the first liquid crystal 5 and the first virtual lens 7, the second liquid crystal 6, and the second virtual lens 8 so that light does not pass through each other.
제3도는 본 발명에 사용되는 액정의 배치 및 간격의 일실시예를 나타낸 것으로, 제1도에서는 2개의 제1, 제2액정(5)(6)만 도시하였으나, 사실은 4개의 액정이 도면과 같이 평면으로 배열되어 구성되는 것으로, 각각의 액정의 모양 및 배치와 이것이 확대되어 맺히게 되는 허상의 크기를 점선으로 나타내고 있으며, P는 허상렌즈계의 광축위치를 나타낸다.FIG. 3 shows an embodiment of the arrangement and spacing of the liquid crystals used in the present invention. In FIG. 1, only two first and second liquid crystals 5 and 6 are shown. It is arranged in a plane as shown in the figure, and the shape and arrangement of each liquid crystal and the size of the virtual image to be enlarged and formed are represented by dotted lines, and P represents the optical axis position of the virtual image lens system.
이는 1.3인치 액정의 가로 및 세로의 길이가 19.8mm, 26.4mm라고 하고 상하로 놓여 있는 액정의 간격이 1mm라고 하면, 확대된 허상의 세로방향의 크기는 20.8mm가 되고 같은 비율을 적용할 때 허상의 가로방향의 크기는 27.733mm가 되므로 액정의 가로간격은 1.333mm를 이격시켜야 한다.This means that the length and width of the 1.3-inch liquid crystal are 19.8 mm and 26.4 mm, and the vertical and horizontal liquid crystal intervals are 1 mm. The size of the enlarged virtual image is 20.8 mm and the same ratio is applied. Since the horizontal direction of the size is 27.733mm, the horizontal spacing of the liquid crystal should be 1.333mm apart.
즉, 상하 액정사이의 간격은 1mm이고 좌우 액정사이의 간격은 1.333mm이어서 액정의 가로세로 비율이 1 : 1이 아니고 4 : 3인 경우 상하좌우 간격도 그 비율만큼 다르게 됨을 알 수 있다.That is, the interval between the upper and lower liquid crystals is 1 mm, and the interval between the left and right liquid crystals is 1.333 mm, so that when the aspect ratio of the liquid crystal is not 1: 1 and 4: 3, the intervals of up, down, left and right are also different by the ratio.
여기서, 좌우 액정의 간격을 상하간격과 같은 1mm로 할 수도 있는데 이 경우는 제4도와 같이 허상렌즈계의 광축위치(P점)를 액정의 중심에서 옆으로 약간 벗어나게 하여 그 광축이 투사렌즈계의 광축을 중심으로 상하좌우 벗어난 거리를 동일하게 하면 된다.Here, the distance between the left and right liquid crystals may be set to 1 mm equal to the vertical distance. In this case, as shown in FIG. 4, the optical axis position (P point) of the virtual image lens system is slightly shifted from the center of the liquid crystal to the side, so that the optical axis is aligned with the optical axis of the projection lens system. This is done by equalizing the distance up, down, left, and right with the center.
또한, 같은 방법으로 액정사이의 간격은 여건에 따라 조정가능함은 물론이며 이때 허상렌즈계 광축의 위치만 약간씩 조정하면 된다.In addition, in the same manner, the distance between the liquid crystals can be adjusted depending on the conditions, and at this time, only the position of the virtual image lens optical axis needs to be slightly adjusted.
한편, 액정의 대각선의 크기가 1.3인치보다 약간 큰거리인 40mm 정도 이격된 곳에 허상렌즈계가 있다고 가정하면,이라는 결상식으로부터 A=40mm이고 B=mA, m(배율)=20.8/19.8이므로 F=(mA)/(m-1)=832mm, B=42.02mm가 된다.On the other hand, assuming that the virtual lens system is located at a distance of about 40 mm, the distance of the diagonal of the liquid crystal is slightly larger than 1.3 inches, From A phase equation, A = 40mm, B = mA, m (magnification) = 20.8 / 19.8, so F = (mA) / (m-1) = 832mm, B = 42.02mm.
여기서, A는 액정에서 허상렌즈계의 제1주요점까지의 거리이고, B는 허상렌즈의 제2주요점에서 허상까지의 거리이며, F는 허상렌즈계의 초점거리이다.Here, A is the distance from the liquid crystal to the first main point of the virtual image lens system, B is the distance from the second main point of the virtual image lens to the virtual image, and F is the focal length of the virtual image lens system.
제5도는 기존 평판 필터형 3패널 액정 프로젝터에 본 발명을 적용시킨 실시예를 나타낸 것으로, 광원(1)과 투사렌즈(10)사이에 핫 미러(11), R미러(12), 제1, 제2미러(13)(14), G1, G2미러(15)(16), B미러(17)를 배치한 것에 있어서, 상기 제1미러(13)와 G2미러(16)에 콘덴서렌즈와 액정 및 허상렌즈계로 이루어진 광학계(18)를 배치하고 제2미러(14)와 G1미러(15)사이 그리고 G1미러(15)와 G2미러(16)사이에 각각 상술한 바와 같은 광학계(19)(20)를 각각 배치한 것이다.5 shows an embodiment in which the present invention is applied to a conventional flat panel filter type 3-panel liquid crystal projector, and includes a hot mirror 11, an R mirror 12, a first, In the arrangement of the second mirrors 13, 14, G1, G2 mirrors 15, 16, and B mirrors 17, condenser lenses and liquid crystals are formed on the first mirrors 13 and G2 mirrors 16, respectively. And an optical system 18 composed of a virtual image lens system and between the second mirror 14 and the G1 mirror 15 and between the G1 mirror 15 and the G2 mirror 16, respectively, as described above. ).
이러한 실시예에 있어서는, 광원(1)에서 방출된 광이 반사경에 의하여 평행으로 조명되고 R미러(12)에 의하여 적색광은 윗부분으로 반사되고 녹색, 청색광은 그대로 투과된다.In this embodiment, the light emitted from the light source 1 is illuminated in parallel by the reflector, the red light is reflected upward by the R mirror 12, and the green and blue light are transmitted as it is.
그리고 적색광은 제1미러(13)에 의해 다시 반사되어 광학계(18)를 거쳐 G2미러(16)-B미러(17)를 통해 투사렌즈계(10)로 입사되며, 여기서 액정은 사실 상하좌우로 배치되어 있으나 도면상에서는 2개밖에 보이지 않는다.The red light is reflected back by the first mirror 13 and is incident to the projection lens system 10 through the G2 mirror 16 and the B mirror 17 through the optical system 18, where the liquid crystal is actually arranged up, down, left, and right. Although only two are visible on the drawing.
또한, R미러(12)를 그대로 통과한 적색+청색광은 G1미러(15)에서 녹색광만 윗부분으로 반사되고 역시 광학계(20)를 거쳐 G2미러(16)에서 반사되어 B미러(17)를 통해 투사렌즈계(10)로 입사된다.In addition, the red + blue light that has passed through the R mirror 12 as it is is reflected only from the G1 mirror 15 to the upper part of the green light, and is also reflected by the G2 mirror 16 via the optical system 20 to be projected through the B mirror 17. Incident to the lens system 10.
한편, 상기 G1미러(15)를 그대로 통과한 청색광은 역시 광학계(19)를 거쳐 제2미러(14)에서 반사되고 다시 B미러(17)에서 반사되어 투사렌즈계(10)로 입사된다.Meanwhile, the blue light passing through the G1 mirror 15 as it is is reflected by the second mirror 14 through the optical system 19 and reflected by the B mirror 17 again to be incident on the projection lens system 10.
이렇게 투사렌즈계(10)로 입사되는 광은 백색광으로 합성되어 투사렌즈계(10)에 의해 스크린에 영상을 형성하게 된다.The light incident on the projection lens system 10 is synthesized as white light to form an image on the screen by the projection lens system 10.
여기서, 상기 G2미러(16)는 적색광은 투과시키고 녹색광은 반사시키며, 또한 B미러(17)는 청색광은 반사시키고 적색과 녹색광은 투과시키는 이색성 필터이다.Here, the G2 mirror 16 transmits red light and reflects green light, and the B mirror 17 reflects blue light and transmits red and green light.
제6도는 기존 프리즘형 3패널 액정 프로젝터에 본 발명을 적용시킨 다른 실시예를 나타낸 것으로, 광원(1)과 투사렌즈계(10) 사이에 배치되는 색합성 프리즘(21)의 3면에 콘덴서렌즈와 액정 및 허상렌즈계로 이루어진 광학계(22-24)를 각각 배치한 것으로, 동작설명은 상기 제5도의 실시예와 같은 원리로 이루어진다.FIG. 6 shows another embodiment in which the present invention is applied to an existing prism type 3-panel liquid crystal projector, wherein the condenser lens and the condenser lens are disposed on three surfaces of the color synthesizing prism 21 disposed between the light source 1 and the projection lens system 10. An optical system 22-24 composed of a liquid crystal and a virtual lens system is disposed, respectively, and the operation is described in the same principle as the embodiment of FIG.
제7도는 칼라 단 패널 액정 프로젝터에 본 발명을 적용시킨 실시예를 나타낸 것으로, 광원(1)후단의 핫미러(11)와 투사렌즈계(10)사이에 전술한 콘덴서 렌즈와 칼라 액정 및 허상렌즈계로 이루어진 하나의 광학계(25)를 배치하여 구성한 것으로, 이 실시예의 경우도 상기 제5도의 경우와 동일한 원리로 동작한다.7 shows an embodiment in which the present invention is applied to a color short panel liquid crystal projector, wherein the condenser lens and the color liquid crystal and virtual image lens system described above are disposed between the hot mirror 11 and the projection lens system 10 at the rear of the light source 1. One optical system 25 is arranged and configured, and this embodiment also operates in the same principle as in the case of FIG.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 VGA급 액정을 4장붙여 사용함으로써 HDTV급의 화상을 얻을 수 있어 고급형의 화상을 얻을 수 있으며, 화소크기의 1/10정도의 정밀도까지 화상의 연결이 가능하여 기존과 같이 액정의 간격이 화소크기보다 커져 화상이 꺾이는 현상을 방지할 수 있다.As described above, the present invention can obtain HDTV-class images by using four VGA-level liquid crystals, and high-quality images can be obtained, and images can be connected up to 1/10 of the pixel size. As described above, the gap between the liquid crystals is larger than the pixel size, thereby preventing the image from being broken.
또한, 전면투사방식을 사용함으로써 각 렌즈의 크기를 소형으로 제조할 수 있으며, 이에따라 전체적인 시스템의 크기도 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by using the front projection method can be manufactured in a small size of each lens, accordingly there is an effect that can be reduced in size of the overall system.
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