KR100238320B1 - The optical system of liquid crystal projection device - Google Patents

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Abstract

광을 생성하여 출사하는 광원과, 그 광원으로부터 출사된 광을 집속 및 발산시켜 균일광으로 혼합시켜 주기 위한 스크램블러와, 상기 스크램블러를 투과한 광을 집속 및 발산시켜 평행광으로 만들어 주기 위한 릴레이렌즈 유니트를 포함하는 액정 프로젝트장치의 광학계에 있어서, 상기 스크램블러의 광입사측에 설치되는 깔대기형 구조체와, 그 깔대기형 구조체의 내주면에 광원으로부터 출사된 광을 집속하여 스크램블러의 광입사면으로 반사시켜 주는 반사면을 가지는 광집속수단을 구비하고, 그 광집속수단에 의해 광학계에서 발생되는 광손실을 최소화시켜 스크램블러에 최대한의 광을 집속시켜 줌으로써 광효율의 극대화에 따른 영상광의 밝기를 향상시킬 수 있는 액정 프로젝트장치의 광학계가 개시된다.A light source for generating and emitting light, a scrambler for focusing, diverging, and mixing the light emitted from the light source into uniform light, and a relay lens unit for condensing, diverging, and converting the light transmitted through the scrambler into parallel light. An optical system of a liquid crystal project device comprising: a funnel-type structure installed on the light incidence side of the scrambler, and a light concentrating the light emitted from the light source on the inner circumferential surface of the funnel structure to reflect the light to the light-incidence plane of the scrambler A liquid crystal project device having a light converging means having a slope and focusing the maximum light on the scrambler by minimizing the light loss generated in the optical system by the light converging means, thereby improving the brightness of the image light according to the maximum light efficiency. An optical system of is disclosed.

Description

액정 프로젝트장치의 광학계Optical system of liquid crystal project device

본 발명은 액정표시소자를 이용한 프로젝트장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원과 그로부터 생성된 광을 집속하기 위한 광학렌즈를 포함하는 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to a project device using a liquid crystal display device, and more particularly to an optical system including a light source and an optical lens for focusing the light generated therefrom.

액정 프로젝트장치는 액정표시소자(LCD)를 화상생성수단으로 이용하여 화상을 생성시키고, 그 화상을 투사렌즈를 통해 확대 투사시켜 대형 스크린에 디스플레이하는 영상투사시스템으로서, 최근 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있는 대형 화면을 얻을 수 있는 등의 장점에서 날로 그 수요가 증대되고 있다.A liquid crystal project device is an image projection system that generates an image by using a liquid crystal display device (LCD) as an image generating means, and displays the image on a large screen by magnifying and projecting the image through a projection lens. The demand is increasing day by day, such as the ability to obtain a large screen.

도 1은 종래 액정 프로젝트장치의 광학계 요부를 도시한 개략적 구성도로서, 종래 액정 프로젝트장치의 광학계는 광원(10)과, 그 광원(10)으로부터 출사되는 광을 집속 및 발산 또는 난반사시켜 균일광으로 혼합시켜 주기 위한 광혼합수단인 스크램블러로서 직육면체의 글래스로드(20)와, 릴레이렌즈 유니트(30)로서 상기 글래스로드(20)를 투과한 광을 집속 및 발산시켜 광폭을 확대시키는 집속렌즈(31)와, 그 집속렌즈에 의해 광폭이 확대되어 입사된 광을 평행광으로 만들어 주는 콜리메이팅렌즈(32)를 구비한다.그리고, 도시되어 있지는 않으나 상기 릴레이렌즈 유니트(31, 32)를 통과한 광의 경로상에는 입사광을 편광성분에 따라 투과 및 반사시켜 광 진행경로를 변환시켜 주기 위한 것으로 예컨대, 편광빔스프리터(PBS; Polarizing Beam Splitter)와, 입사광을 파장에 따라 분리하여 투과 및 반사시키기 위한 다이크로익 프리즘과 같은 광분리수단과, 화상생성을 위한 액정표시소자 및 스크린에 화상을 확대 투사시키기 위한 투사렌즈를 포함하여 구성된다. 도면의 참조부호 40은 칼라화상 구현시 설치되는 칼라보정필터를 나타낸다.FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical system main portion of a conventional liquid crystal project device, wherein an optical system of a conventional liquid crystal project device focuses and diverges or diffuses light emitted from the light source 10 into uniform light. A condenser lens 31 for condensing and diverging the glass rod 20 of the rectangular parallelepiped as a scrambler which is a light mixing means for mixing, and diverging the light transmitted through the glass rod 20 as the relay lens unit 30. And a collimating lens 32 which expands the width by the focusing lens to make incident light into parallel light. A path of light passing through the relay lens units 31 and 32 although not shown in the drawing. Transmitting and reflecting the incident light according to the polarization component to convert the light traveling path, for example, a polarizing beam splitter (PBS) and the incident light to the wavelength Depending separated consists of a projection lens for projecting an enlarged image on the liquid crystal display device and a screen for the light separation means, and image generation, such as a dichroic prism by dichroic for transmission and reflection. Reference numeral 40 in the drawing denotes a color correction filter installed when implementing a color image.

한편, 상기 광원(10)은 광을 생성하여 출사하는 램프(11)와, 그 램프(11)에서 출사된 광의 일부를 반사시켜 진행경로를 일방향으로 안내하도록 상기 램프(11)의 주위에 설치되는 반사경(12)을 구비한다. 통상적으로, 상기 반사경(12)은 상기 램프(11)의 위치를 일초점으로 가지고, 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 가지는 타원경이 설치되거나, 또는 상기 램프(11)의 위치를 일초점으로 가지고, 상기 램프(11)에서 출사된 광의 일부가 반사되어 평행광 상태로 출사시키도록 된 포물경이 설치된다.On the other hand, the light source 10 is installed around the lamp 11 to generate light and emit light, and to reflect a part of the light emitted from the lamp 11 to guide the traveling path in one direction. The reflector 12 is provided. Typically, the reflector 12 has the position of the lamp 11 as one focal point, and an ellipsoidal mirror is installed which has a point where light is focused at another focal point, or has the position of the lamp 11 as one focal point. A parabolic mirror is installed so that a part of the light emitted from the lamp 11 is reflected and emitted in a parallel light state.

그런데, 상기한 종래 액정 프로젝트장치의 광학계에 있어서는, 상기 램프(11)로부터 출사된 광의 일부가 상기 반사경(12)의 광반사 영역 외부로 발산되어 정상적인 광경로를 벗어나는 손실광(L')이 발생될 뿐만 아니라, 정상적인 광경로로 출사된 광(L)도 상기 글래스로드(20)에 완전하게 집속되지 않고 손실이 발생하게 되는 문제점이 있다. 이러한 광손실의 발생은 특히, 편광빔스프리터와 같은 광분리수단에 의해 손실광이 많이 발생되는 광학적 배치구조를 가지는 프로젝트장치에서는 스크린에 투사되는 영상의 밝기를 저하시키므로 화질을 떨어뜨리는 원인이 된다.By the way, in the optical system of the conventional liquid crystal project device, a part of the light emitted from the lamp 11 is emitted to the outside of the light reflection area of the reflector 12 to generate a loss light (L ') that deviates from the normal optical path. In addition, there is a problem that the light (L) emitted in the normal optical path is also not concentrated completely on the glass rod 20, the loss occurs. The generation of light loss is a cause of deterioration in image quality, especially in a project device having an optical arrangement structure in which a lot of lost light is generated by light separation means such as a polarizing beam splitter.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 종래 액정 프로젝트장치가 가지는 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 광학계에서의 광손실을 고려하여 광원으로부터 출사되는 광을 최대한으로 스크램블러에 집속시켜줄 수 있도록 광집속 구조가 개량된 액정 프로젝트장치의 광학계를 제공함에 그 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the problems of the conventional liquid crystal project apparatus as described above, an object of the present invention to focus the light emitted from the light source to the scrambler to the maximum in consideration of the optical loss in the optical system. It is an object of the present invention to provide an optical system of a liquid crystal project device with an improved light focusing structure.

따라서, 본 발명에 따르면 상기한 기술적 과제의 해결에 의해 스크린에 투사되는 영상광의 밝기가 향상된 액정 프로젝트장치를 제공할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal project device having improved brightness of image light projected on a screen by solving the above technical problem.

도 1은 종래 액정 프로젝트장치의 광학계 요부를 나타내 보인 개략적 구성도,1 is a schematic configuration diagram showing an essential part of an optical system of a conventional liquid crystal project device;

도 2는 본 발명에 의한 액정 프로젝트장치의 광학계 요부를 나타내 보인 개략적 구성도,2 is a schematic configuration diagram showing an essential part of an optical system of a liquid crystal project device according to the present invention;

도 3은 도 2의 요부를 정면에서 나타내 보인 개략도,3 is a schematic view showing the main part of FIG.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광집속수단을 보인 개략도, 그리고4 is a schematic view showing a light focusing means according to another embodiment of the present invention, and

도 5는 도 4의 V-V선을 따른 개략적 단면도.5 is a schematic cross-sectional view along the line V-V in FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10...광원 11...램프10.Light source 11 ... Lamp

12...반사경 20...스크램블러(글래스로드)12 ... Reflector 20 ... Scrambler (Glass Rod)

30...릴레이렌즈 유니트 31...집속렌즈30.Relay lens unit 31.Focus lens

32...콜리메이팅렌즈 200...광집속수단32 ... collimating lens 200 ... light focusing means

210...깔대기형 구조체 211...반사면210 Funnel Structure 211 Reflector

220...고정용 브라켓 20'...스크램블러(글래스로드)220 ... Fixing bracket 20 '... Scrambler (glass rod)

20'a...프레넬렌즈20'a ... Fresnel Lens

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 액정 프로젝트장치의 광학계는, 광을 생성하여 출사하는 광원과, 그 광원으로부터 출사된 광을 집속 및 발산시켜 균일광으로 혼합시켜 주기 위한 스크램블러와, 상기 스크램블러를 투과한 광을 집속 및 발산시켜 평행광으로 만들어 주기 위한 릴레이렌즈 유니트를 포함하는 액정 프로젝트장치의 광학계에 있어서, 상기 스크램블러의 광입사측에는 상기 광원으로부터 출사된 광을 집속하기 위한 광집속수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the optical system of the liquid crystal project device according to the present invention includes a light source for generating and emitting light, a scrambler for focusing and diverging the light emitted from the light source, and mixing the light into uniform light, and the scrambler In the optical system of the liquid crystal project device comprising a relay lens unit for focusing and diverging the light transmitted through the light to make parallel light, a light converging means for focusing light emitted from the light source is provided on the light incidence side of the scrambler. It is characterized by being.

본 발명에 따르면, 상기 광집속수단은 상기 스크램블러의 광입사측에 설치되는 깔대기형 구조체와, 그 깔대기형 구조체의 내주면에 마련되어 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 스크램블러의 광입사측으로 반사시켜 주는 반사면으로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 상기 스크램블러의 광입사측면에 프레넬렌즈가 마련되거나, 상기 스크램블러의 광입사측면을 프레넬렌즈 구조로 형성하여 광을 집속할 수 있도록 구성된다.According to the present invention, the light converging means is a funnel-like structure installed on the light incidence side of the scrambler, and a reflection surface provided on the inner circumferential surface of the funnel-like structure to reflect light emitted from the light source to the light incidence side of the scrambler. It is preferably made of. In addition, the Fresnel lens is provided on the light incident side of the scrambler, or the light incident side of the scrambler is formed in a Fresnel lens structure is configured to focus light.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실실예에 따른 본 발명에 의한 액정 프로젝트장치의 광학계를 상세히 설명한다.Hereinafter, an optical system of a liquid crystal project device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명에 의한 액정 프로젝트장치의 광학계는, 광을 생성하여 출사하는 광원(10)과, 그 광원(10)에서 출사된 광을 균일광으로 혼합시켜 주기 위한 스크램블러(20)와, 상기 광원(10)에서 출사된 광을 상기 스크램블러(글래스로드; 20)로 집속시켜 주기 위하여 상기 스크램블러(20)의 광입사측에 마련되는 광집속수단(200)을 포함하여 구성된다. 도면의 참조부호중, 앞서 도시된 도면의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Referring to FIGS. 2 and 3, the optical system of the liquid crystal project device according to the present invention includes a scrambler for mixing light sources 10 that generate and emit light and light emitted from the light sources 10 into uniform light. 20) and light converging means 200 provided on the light incident side of the scrambler 20 to focus the light emitted from the light source 10 to the scrambler (glass rod) 20. . Among the reference numerals of the drawings, the same reference numerals as the reference numerals of the drawings shown above represent the same components.

본 발명에 따르면, 상기 광집속수단(200)은 상기 스크램블러(20)의 광입사측에 설치된 깔대기형 구조체(210)의 내주면에 상기 광원(10)으로부터 출사된 광을 집속하여 상기 스크램블러(20)의 광입사측으로 반사시켜 주기 위한 반사면(211)이 마련되어 있는 점에 그 특징이 있는 것으로, 상기 반사면(211)은 상기 광원(10)으로부터 출사된 광이 상기 스크램블러(20)의 광입사면으로 집속될 수 있도록 광학적 스펙이 충족되게 설계 제작됨으로써 상기 광원(10)으로부터 출사되는 광을 상기 스크램블러(20)에 최대한으로 집속시켜줄 수 있다. 도면의 참조부호 220은 상기 깔대기형 구조체(210)를 상기 스크램블러(20)에 고정하기 위한 고정용 브라켓이다.According to the present invention, the light converging means 200 focuses the light emitted from the light source 10 on the inner circumferential surface of the funnel-shaped structure 210 installed on the light incidence side of the scrambler 20 to the scrambler 20. It is characterized in that the reflection surface 211 is provided to reflect to the light incident side of the reflection surface 211, the light emitted from the light source 10 is the light incident surface of the scrambler 20 Designed and manufactured to meet the optical specifications to be focused to be able to focus the light emitted from the light source 10 to the scrambler 20 to the maximum. Reference numeral 220 in the drawing is a fixing bracket for fixing the funnel-like structure 210 to the scrambler 20.

상기 본 발명에 의한 액정 프로젝트장치의 광학계에 따르면, 상기 광원(10)에서 출사된 광은 그 일부(L)가 직접적으로 상기 스크램블러(20)에 입사된다. 이때, 상기 광원(10)에서 출사된 광의 일부(L')는 상기 스크램블러(20)의 광입사면 외부로 발산되는데, 이 발산광(L')은 상기 반사면(211)에 의해 반사되어 상기 스크램블러(20)의 광입사면으로 집속되어 입사된다.According to the optical system of the liquid crystal project device according to the present invention, a portion (L) of the light emitted from the light source 10 is directly incident to the scrambler (20). In this case, a part L ′ of the light emitted from the light source 10 is emitted to the outside of the light incident surface of the scrambler 20, and the emitted light L ′ is reflected by the reflecting surface 211 to the The light is focused and incident on the light incident surface of the scrambler 20.

도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예로서, 스크램블러(20')의 광입사측에 프레넬렌즈(20'a)를 구비하거나, 또는 상기 스크램블러(20')의 광입사면에 프레넬렌즈 구조(20a')를 직접적으로 형성하여 광집속수단으로 이용함으로써 광원(10)으로부터 출사되는 광을 스크램블러에 최대한으로 집속시켜 주게 된다.4 and 5 illustrate a Fresnel lens 20'a on the light incident side of the scrambler 20 ', or Fresnel on the light incident surface of the scrambler 20'. By directly forming the lens structure 20a 'and using it as the light focusing means, the light emitted from the light source 10 is focused to the scrambler to the maximum.

따라서, 본 발명에 의한 액정 프로젝트장치의 광학계는 광원(10)에서 출사되는 광의 손실을 최소화하여 스크램블러(20)에 최대한으로 집속시켜 줌으로써 영상광의 밝기를 향상시킬 수 있다.Therefore, the optical system of the liquid crystal project device according to the present invention can improve the brightness of the image light by focusing the scrambler 20 to the maximum by minimizing the loss of the light emitted from the light source 10.

상기한 본 발명에 따른 액정 프로젝트장치의 광학계에 있어서, 상기 광집속수단은 액정 프로젝트장치의 광학계 배치구조에 의해 한정되지 않으며 다양한 배치구조의 광학계에 채용될 수 있다.In the optical system of the liquid crystal project apparatus according to the present invention described above, the light converging means is not limited by the optical system arrangement structure of the liquid crystal project apparatus, and may be employed in the optical system of various arrangement structures.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 의한 액정 프로젝트장치의 광학계는 광원으로부터 출사되는 광 손실을 최소화시키기 위한 광집속수단을 이용하여 스크램블러에 최대한의 광을 집속시켜 줌으로써 광효율을 극대화시켜 스크린에 투사되는 영상광의 밝기를 향상시킬 수 있다.As described above, the optical system of the liquid crystal project apparatus according to the present invention focuses the maximum light on the scrambler by using light converging means for minimizing the light loss emitted from the light source, thereby maximizing the light efficiency to project the image onto the screen. The brightness of the light can be improved.

Claims (4)

광을 생성하여 출사하는 광원과, 그 광원으로부터 출사된 광을 집속 및 발산시켜 균일광으로 혼합시켜 주기 위한 스크램블러와, 상기 스크램블러를 투과한 광을 집속 및 발산시켜 평행광으로 만들어 주기 위한 릴레이렌즈 유니트를 포함하는 액정 프로젝트장치의 광학계에 있어서,A light source for generating and emitting light, a scrambler for focusing, diverging, and mixing the light emitted from the light source into uniform light, and a relay lens unit for condensing, diverging, and converting the light transmitted through the scrambler into parallel light. In the optical system of the liquid crystal project device comprising: 상기 스크램블러의 광입사측에는 상기 광원으로부터 출사된 광을 집속하기 위한 광집속수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝트장치의 광학계.The optical system of the liquid crystal project device, characterized in that a light focusing means for focusing the light emitted from the light source is provided on the light incidence side of the scrambler. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광집속수단은, 상기 스크램블러의 광입사측에 설치되는 깔대기형 구조체와, 그 깔대기형 구조체의 내주면에 마련되어 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 스크램블러의 광입사측으로 반사시켜 주는 반사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 프로젝트장치의 광학계.The light converging means includes a funnel-shaped structure installed on the light incidence side of the scrambler, and a reflecting surface provided on an inner circumferential surface of the funnel structure to reflect light emitted from the light source to the light incidence side of the scrambler. Optical system of the liquid crystal project device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광집속수단은 상기 스크램블러의 광입사측면에 마련된 프레넬렌즈인 것을 특징으로 하는 액정 프로젝트장치의 광학계.And the light converging means is a Fresnel lens provided on the light incident side of the scrambler. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광집속수단은 상기 스크램블러의 광입사면이 프레넬렌즈 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝트장치의 광학계.The optical focusing means of the optical system of the liquid crystal project device, characterized in that the light incident surface of the scrambler is formed of a Fresnel lens structure.
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