KR100333970B1 - Projective Display Apparatus With Function Of Eliminating Keystone - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박형화에 적합하도록 한 투사 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a projection display device adapted for thinning.
이 투사 표시장치는 광원과 스크린 사이에 서로의 초점면이 교차되도록 설치되어 표시영상을 소정양의 키스톤값을 가지는 중간상으로 결상시키기 위한 제1 및 제2 렌즈를 포함한 중간상 결상 광학계와, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 초점면이 교차되는 지점에 설치되어 중간상이 광축과 수직한 면에 형성되게끔 제2 렌즈에 입사되는 광의 경로를 조절하기 위한 광경로 보정 광학렌즈와, 중간상 결상 광학계와 스크린 사이에 설치되어 중간상의 키스톤에 대한 역키스톤을 발생하여 중간상을 스크린 쪽으로 투사하기 위한 투사 광학계를 구비한다. 상기 중간상은 상기 표시장치와 상기 투사 광학계 사이에 위치하게 된다.The projection display device is provided so that the focal planes of the light source and the screen intersect each other, and an intermediate image forming optical system including first and second lenses for forming an image into an intermediate image having a predetermined amount of keystone values, and a first lens. And a light path correction optical lens for adjusting a path of light incident on the second lens so that the intermediate image is formed on a plane perpendicular to the optical axis, and interposed between the intermediate image forming optical system and the screen. It is provided with a projection optical system for generating an inverted keystone for the keystone of the intermediate image to project the intermediate image toward the screen. The intermediate image is positioned between the display device and the projection optical system.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치는 같은 화면크기를 갖는 종래의 투사 표시장치에 비하여 시스템의 두께를 박형화할 수 있게 된다.With this arrangement, the projection display device having the keystone removing function according to the present invention can make the thickness of the system thinner than that of the conventional projection display device having the same screen size.
Description
본 발명은 투사 표시장치에 관한 것으로, 특히 박형화에 적합하도록 한 투사 표시장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection display device, and more particularly to a projection display device adapted for thinning.
최근, 대화면으로 영상을 표시하기에 적합한 액정 투사 표시장치의 개발이 가속화되고 있다. 액정 투사 표시장치는 액정패널에 표시된 영상을 스크린에 화상을 확대 표시하게 된다.Recently, the development of a liquid crystal projection display device suitable for displaying an image on a large screen has been accelerated. The liquid crystal projection display enlarges and displays an image displayed on a liquid crystal panel on a screen.
도 1을 참조하면, 광원(11), 액정패널(12), 투사 광학계(13), 미러(14) 및 투사 스크린(15)을 구비한 액정 투사 표시장치가 도시되어 있다. 광원(11)으로부터 발생된 광은 영상이 표시되는 액정패널(12)을 투과한 다음, 투사 광학계(13)에 의해 소정 배율로 확대되어 미러(14)에 입사된다. 미러(14)에 입사된 영상은 투사 스크린(15)의 배면 쪽으로 전반사되어 투사 스크린(15) 상에 결상된다. 그러면 관찰자는 투사 스크린(15)에 결상된 영상을 감상할 수 있게 된다. 투사 스크린(15)은 도 2에 나타낸 바와 같이 미러(14)로부터 발산광빔 형태로 입사된 광을 관찰자 쪽으로 집속시키는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(21)와 프레넬 렌즈(21)로부터 입사된 광을 수평방향으로 확장시켜 관찰자가 볼 수 있는 영역을 확장시키는 렌티큘라 렌즈(Lenticular lens)(22)를 포함한다. 프레넬 렌즈(21)의 출사면은 볼록렌즈를 평면 상에서 구현한 형태를 갖는다. 렌티큘라 렌즈(22)의 입사면과 출사면에는 반원통형의 실린데리컬 렌즈(Cylinderical lens)가 배열되어 있다. 이러한 투사스크린(15)에 의해 도 3과 같이 투사스크린(15)의 배면에 투사되어 결상된 영상이 관찰자 쪽으로 집속되게 되므로 관찰자는 일정한 거리에서 투사스크린(15)에 결상된 영상을 볼 수 있게 된다.Referring to FIG. 1, a liquid crystal projection display device having a light source 11, a liquid crystal panel 12, a projection optical system 13, a mirror 14, and a projection screen 15 is illustrated. The light generated from the light source 11 passes through the liquid crystal panel 12 on which an image is displayed, and then is magnified by a predetermined magnification by the projection optical system 13 to be incident on the mirror 14. The image incident on the mirror 14 is totally reflected toward the rear surface of the projection screen 15 and is imaged on the projection screen 15. The viewer can then view the image formed on the projection screen 15. As shown in FIG. 2, the projection screen 15 includes a Fresnel lens 21 and light incident from the Fresnel lens 21 for focusing the light incident from the mirror 14 in the form of divergent light beams toward the viewer. It extends in the horizontal direction to include a lenticular lens 22 (Lenticular lens) 22 to expand the area visible to the viewer. The emission surface of the Fresnel lens 21 has a shape in which the convex lens is implemented on a plane. Semi-cylindrical cylindrical lenses are arranged on the entrance and exit surfaces of the lenticular lens 22. Since the image projected on the rear surface of the projection screen 15 by the projection screen 15 and formed as an image is focused toward the viewer, the viewer can see the image formed on the projection screen 15 at a predetermined distance. .
한편, 미러(14) 없이 투사 광학계(13)에서 투사 스크린(15)까지 광이 직접 투사된다면 점선으로 표시된 바와 같이 투사거리가 길어지게 되므로 시스템의 두께가 그만큼 두꺼워질 수밖에 없다. 미러(14)는 투사 스크린(15)의 수직한 광축에 대하여 소정각도로 경사지게 설치되어 투사 광학계(13)에서 투사 스크린(15)까지의 광경로를 접음으로써 시스템의 두께를 줄이는 역할을 하게 된다.On the other hand, if light is directly projected from the projection optical system 13 to the projection screen 15 without the mirror 14, the projection distance becomes long as indicated by the dotted line, so that the thickness of the system is inevitably thickened. The mirror 14 is installed to be inclined at a predetermined angle with respect to the vertical optical axis of the projection screen 15 to serve to reduce the thickness of the system by folding the optical path from the projection optical system 13 to the projection screen 15.
시스템의 두께를 더욱 줄이기 위하여, 미러(14)의 경사각을 도 4와 같이 더 큰 각도로 조정하게 되면 광원(11)에서부터 투사광학계(13)까지의 모듈이 시스템 전면 밖으로 돌출되게 되므로 배면 투사 시스템이 구성되지 못하게 된다. 이에 따라, 투사광학계(13)의 투사각도와 미러(14)의 각도의 제한에 의해 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있다.In order to further reduce the thickness of the system, adjusting the tilt angle of the mirror 14 to a larger angle as shown in FIG. 4 causes the module from the light source 11 to the projection optical system 13 to protrude out of the front of the system. It will not be configured. Accordingly, there is a limit in reducing the thickness of the system by limiting the projection angle of the projection optical system 13 and the angle of the mirror 14.
도 5에 나타낸 바와 같이, 미러(14)의 각도를 크게 함과 아울러 광원(11)에서부터 투사광학계(13)까지의 모듈을 투사 스크린(15) 뒤쪽으로 설치하게 되면 시스템의 두께를 많이 줄일 수 있게 된다. 이 경우, 미러(14)로부터 투사 스크린(15) 쪽으로 투사되는 광은 미러(14)에서 위쪽으로 발산되어 투사 스크린(15)에 결상된다. 이에 따라, 투사 광학계(13)에서 투사 스크린(15) 까지의 광의 경로가 각 위치마다 달라지게 되므로 각 위치마다 배율이 달라지게 된다. 이 경우, 키스톤(keystone)이 발생되게 되므로 관찰자는 사다리꼴 모양으로 왜곡된 영상을 보게 된다. 이와 더불어, 광의 투사방향이 투사스크린(15)의 수직한 광축으로 입사되지 않고 도 6과 같이 위쪽으로 비스듬히 투사되므로 관찰자의 위치에서는 균일한 휘도를 가지는 영상을 감상할 수 없게 된다. 즉, 관찰자의 위치에서 투사스크린(15)에 결상된 영상은 위쪽이 밝고 아래쪽으로 갈수록 어둡게 된다.As shown in FIG. 5, when the angle of the mirror 14 is increased and the module from the light source 11 to the projection optical system 13 is installed to the rear of the projection screen 15, the thickness of the system can be greatly reduced. do. In this case, light projected from the mirror 14 toward the projection screen 15 diverges upward from the mirror 14 and forms an image on the projection screen 15. Accordingly, since the path of the light from the projection optical system 13 to the projection screen 15 is changed at each position, the magnification varies at each position. In this case, keystones are generated, and thus the observer sees an image distorted in a trapezoidal shape. In addition, since the projection direction of light is not incident on the vertical optical axis of the projection screen 15 and is projected obliquely upward as shown in FIG. 6, an image having a uniform luminance cannot be viewed at an observer's position. That is, the image formed on the projection screen 15 at the observer's position becomes brighter at the top and darker at the bottom.
이에 따라, 종래의 투사 표시장치는 영상이 투사 스크린(15)에 왜곡없이 투사되도록 광경로를 조절해야 하므로 투사광학계의 투사각도 및 배치와 미러(14)의 각도에 제한이 따르게 된다. 이러한 제한에 의해 종래의 투사 표시장치는 어느 한계 이상으로 시스템의 두께를 줄이기가 곤란하게 된다.Accordingly, the conventional projection display device has to adjust the optical path so that the image is projected on the projection screen 15 without distortion, so that the projection angle and arrangement of the projection optical system and the angle of the mirror 14 are limited. This limitation makes it difficult for conventional projection display devices to reduce the thickness of the system beyond certain limits.
한편, 미국 특허 제5422691호에는 키스톤을 이용하여 시스템의 두께를 줄이는 방안이 제시된 바 있다.Meanwhile, US Pat. No. 5,526,91 has been proposed to reduce the thickness of the system using keystone.
도 7을 참조하면, 미국 특허 제5422691호에 개시된 투사 표시장치는 광축에 대하여 경사지게 설치되는 액정패널(32)과, 광축에 대하여 경사지게 설치되는 투사 스크린(37)과, 액정패널(32)과 투사 스크린(37) 사이에 소정 각도로 경사지게 설치되는 제1 및 제2 렌즈(33,34)와, 제2 렌즈(34)와 투사 스크린(37) 사이에 경사지게 설치되는 투사렌즈(36)를 구비한다. 광원(31)으로부터 발생된 광은 영상이 표시되는 액정패널(32)을 투과한 다음, 제1 및 제2 렌즈(33,34)에 의해 중간상(35)을 결상하게 된다. 제1 렌즈(33)는 광빔의 진행방향으로 경사지게 설치되며, 제2 렌즈(34)는 광빔의 역방향으로 경사지게 설치된다. 제1 렌즈(33)를 투과한 광은 제1 및 제2 렌즈(33,34) 사이의 초점에 맺힌 후, 제2 렌즈(34)에 의해 평행광으로 진행되어 중간상(35)을 결상하게 된다. 중간상(35)에는 액정패널(32)에 표시된 영상이 제1 및 제2 렌즈(33,34)를 투과하면서 사다리꼴 모양의 키스톤으로 결상되게 나타난다. 투사렌즈(36)는 중간상(35)의 키스톤에 대하여 역키스톤이 발생되도록 경사지게 설치되어 중간상(35)의 키스톤을 보정함과 아울러 소정 배율로 확대하여 투사 스크린(37)에 결상시키게 된다. 도 8은 액정패널(32), 중간상(35) 및 투사 스크린(37)에서 나타나는 상의 형태를 나타낸다.Referring to FIG. 7, the projection display device disclosed in US Pat. No. 5,526,91 has a liquid crystal panel 32 that is inclined with respect to the optical axis, a projection screen 37 that is inclined with respect to the optical axis, a liquid crystal panel 32, and projection First and second lenses 33 and 34 disposed to be inclined at a predetermined angle between the screens 37, and projection lenses 36 installed to be inclined between the second lens 34 and the projection screen 37. . The light generated from the light source 31 passes through the liquid crystal panel 32 in which an image is displayed, and then forms the intermediate image 35 by the first and second lenses 33 and 34. The first lens 33 is inclined in the advancing direction of the light beam, and the second lens 34 is inclined in the opposite direction of the light beam. The light transmitted through the first lens 33 is focused on the focus between the first and second lenses 33 and 34, and then proceeds to parallel light by the second lens 34 to form an intermediate image 35. . In the intermediate image 35, an image displayed on the liquid crystal panel 32 is formed into a trapezoidal keystone while passing through the first and second lenses 33 and 34. The projection lens 36 is inclined so as to generate a reverse keystone with respect to the keystone of the intermediate image 35, and corrects the keystone of the intermediate image 35, and enlarges it at a predetermined magnification to form an image on the projection screen 37. 8 shows the shape of the image appearing on the liquid crystal panel 32, the intermediate image 35 and the projection screen 37.
결국, 미국 특허 제5422691호에 개시된 방안은 광학계를 통과한 액정패널(32)의 영상이 투사 스크린(37)에 비스듬히 투사되도록 하여 시스템의 두께를 줄이고, 광학계를 구성하는 렌즈들을 적절히 경사지게 설치하여 사선 투사 방식에서 발생하는 키스톤을 보정하게 된다.As a result, the method disclosed in US Pat. No. 5,526,91 allows the image of the liquid crystal panel 32 passing through the optical system to be projected at an angle to the projection screen 37 to reduce the thickness of the system, and to properly install the lenses constituting the optical system to be inclined. This corrects keystones that occur in the projection method.
그러나 미국 특허 제5422691호에 개시된 투사 표시장치에는 액정패널(32)이 경사지게 설치됨으로써 광원(31)으로부터의 광이 액정패널(32)에 불균일하게 조사되어 휘도차를 일으키는 단점이 있다. 이에 따라, 광원(31)과 액정패널(32) 사이에 액정패널(32)에 광이 균일하게 조사되도록 하는 별도의 수단이 필요하게 된다.However, the projection display device disclosed in US Pat. No. 5,526,91 has a disadvantage in that the liquid crystal panel 32 is inclined so that light from the light source 31 is irradiated non-uniformly on the liquid crystal panel 32 to cause a luminance difference. Accordingly, an additional means for uniformly irradiating light to the liquid crystal panel 32 is required between the light source 31 and the liquid crystal panel 32.
또한, 도 9a 내지 도 9c에서 알 수 있는 바와 같이 액정패널(32)의 위치에 따라 제1 및 제2 렌즈(33,34)에 의해 결상되는 중간상(35)이 광축에 수직인 면에 대하여 기울어지게 결상되어 투사 스크린(37)에 결상되는 영상이 선명하지 않게 되는 문제점이 있다. 다시 말하여, 액정패널(32)이 도 9b와 같이 제1 렌즈의 초점면(33b)에 위치한 경우에는 중간상(35)이 광축에 대해 거의 수직으로 결상된다. 이에 비하여, 액정패널(32)이 도 9a와 같이 제1 렌즈의 초점면(33b)에 가까울수록 초점면(33b)과 제1 렌즈(33) 사이에 위치하면 중간상(35)이 광축에 수직인 면에 대하여 광의 진행방향으로 기울어지게 되며, 반대로 도 9c와 같이 제1 렌즈의 초점면(33b)으로부터 멀어질수록 중간상(35)이 광축에 수직인 면에 대하여 광의 진행방향의 역방향으로 기울어지게 된다. 3 매의 액정패널을 이용하여 투사 표시장치를 구성하는 경우, 액정패널(32)과 제1 렌즈(33) 사이에 다이크로익 프리즘이 설치될 수 있는 여유공간이 마련되어야 한다. 이 경우, 도 9c와 같이 액정패널(32)이 제1 렌즈(33)로부터 멀리 떨어지게 되므로 중간상(35)이 액정패널(32) 쪽으로 더욱 기울어지게 된다. 그러면 중간상(35)이 투사렌즈(36)에 의해 투사 스크린(37)에 결상될 때, 수차가 많이 발생하게 되므로 투사 스크린(37)에 결상된 영상이 선명하지 않게 된다.In addition, as shown in FIGS. 9A to 9C, the intermediate image 35 formed by the first and second lenses 33 and 34 is inclined with respect to the plane perpendicular to the optical axis according to the position of the liquid crystal panel 32. There is a problem that the image imaged on the projection screen 37 is lost and is not clear. In other words, when the liquid crystal panel 32 is positioned on the focal plane 33b of the first lens as shown in FIG. 9B, the intermediate image 35 is formed substantially perpendicular to the optical axis. In contrast, when the liquid crystal panel 32 is positioned between the focal plane 33b and the first lens 33 as the liquid crystal panel 32 is closer to the focal plane 33b of the first lens, the intermediate image 35 is perpendicular to the optical axis. The surface is inclined in the traveling direction of the light, and as shown in FIG. 9C, as the distance from the focal plane 33b of the first lens increases, the intermediate image 35 is inclined in the opposite direction of the traveling direction of the light with respect to the surface perpendicular to the optical axis. . When the projection display device is configured by using three liquid crystal panels, a space for installing a dichroic prism should be provided between the liquid crystal panel 32 and the first lens 33. In this case, as shown in FIG. 9C, since the liquid crystal panel 32 is far from the first lens 33, the intermediate image 35 is further inclined toward the liquid crystal panel 32. Then, when the intermediate image 35 is formed on the projection screen 37 by the projection lens 36, aberrations are generated a lot so that the image formed on the projection screen 37 is not clear.
또한, 미국 특허 제5422691호에 개시된 투사 표시장치는 도 10a 및 도 10b에서 알 수 있는 바와 같이 제2 렌즈(34)를 투과한 광의 진행방향을 투사렌즈(36) 쪽으로 꺾어주기 위한 수단이 필요하게 된다. 즉, 투사렌즈(36)와 투사 스크린(37)은 중간상(35)에 대하여 수직한 광축상에 배치되어야 하므로 도 10a와 같이 중간상(35)이 광의 진행방향으로 기울어지거나 도 10b와 같이 중간상(35)이 광의 진행방향의 역방향으로 기울어지게 되면 중간상(35)에서 진행하는 광의 방향과 투사 스크린(37) 쪽으로 진행되는 광의 방향이 서로 다르게 된다. 이에 따라, 중간상(35)에서 진행하는 광 중에서 일부만이 투사렌즈(36)를 경유하여 스크린(53)에 결상되므로 그 만큼 광손실이 많아지게 되고 이미지가 어두워지는 문제점이 있다. 이를 보정하기 위해서는 중간상(35)에서 광의 진행방향을 투사렌즈(36)와 투사 스크린(37) 쪽으로 꺾어주는 수단이 더 필요하게 된다. 또는 중간상(35)을 광축에 수직하게 결상시켜서 전체 광학계가 일직선 상에 배열될 수 있도록 하여 광손실을 줄일 수 있다.In addition, the projection display device disclosed in US Pat. No. 5,526,91 requires a means for bending the traveling direction of the light transmitted through the second lens 34 toward the projection lens 36 as shown in FIGS. 10A and 10B. do. That is, since the projection lens 36 and the projection screen 37 should be disposed on the optical axis perpendicular to the intermediate image 35, the intermediate image 35 is inclined in the direction of light traveling as shown in FIG. 10A or the intermediate image 35 as shown in FIG. 10B. ) Is tilted in the opposite direction of the traveling direction of the light, the direction of the light traveling in the intermediate image 35 and the direction of the light traveling toward the projection screen 37 are different. Accordingly, since only a part of the light traveling in the intermediate image 35 is formed on the screen 53 via the projection lens 36, the light loss increases and the image becomes dark. In order to correct this, a means for bending the light traveling direction toward the projection lens 36 and the projection screen 37 in the intermediate image 35 is further needed. Alternatively, the optical loss can be reduced by forming the intermediate image 35 perpendicular to the optical axis so that the entire optical system can be arranged in a straight line.
한편, 중간상(36)을 광축에 수직하게 결상시키기 위하여 제1 및 제2 렌즈(33,34)의 경사각을 작게 하게 되면 광이 투사 스크린(37)에 비스듬히 투사될 때 투사 스크린(37)에 정상적인 상이 결상되는데 필요한 만큼의 키스톤이 발생하지 않게 되므로 투사 스크린(37)에 결상된 영상이 사다리꼴 모양으로 왜곡된다.On the other hand, if the inclination angles of the first and second lenses 33 and 34 are reduced to form the intermediate image 36 perpendicular to the optical axis, the light is normally projected to the projection screen 37 when the light is projected obliquely onto the projection screen 37. Since keystone is not generated as much as necessary to form an image, the image formed on the projection screen 37 is distorted in a trapezoidal shape.
따라서, 본 발명의 목적은 박형화에 적합하도록 한 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치에 관한 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a projection display device having a keystone removal function suitable for thinning.
본 발명의 다른 목적은 박형화에 적합하면서 광량의 손실을 줄여 높은 휘도로 화상을 표시할 수 있는 투사 표시장치에 관한 것이다.Another object of the present invention relates to a projection display device suitable for thinning and capable of displaying an image with high luminance by reducing loss of light amount.
도 1은 종래의 배면 투사방식의 투사 표시장치를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional rear projection projection display device.
도 2는 도 1에 도시된 투사 스크린의 구성을 상세히 나타내는 단면도 및 분해 사시도.2 is a cross-sectional view and an exploded perspective view showing the configuration of the projection screen shown in FIG. 1 in detail.
도 3은 도 1에 도시된 투사 스크린에 광이 수직으로 입사되는 경우의 광경로를 나타내는 도면.3 is a view showing an optical path when light is incident vertically on the projection screen shown in FIG. 1; FIG.
도 4는 도 1에 도시된 투사 표시장치에 있어서, 미러의 각도를 크게하여 광학계를 배치하였을 때의 단면도.FIG. 4 is a cross-sectional view of the projection display device shown in FIG. 1 when the optical system is arranged with the mirror angle increased. FIG.
도 5는 도 1에 도시된 투사 표시장치에 있어서, 투사스크린에 광이 비스듬히 입사되게끔 사선 투사방식으로 미러와 광학계를 배치하였을 때의 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view of the projection display device shown in FIG. 1 when the mirror and the optical system are arranged in a diagonal projection manner so that light is obliquely incident on the projection screen. FIG.
도 6은 도 5에 도시된 사선 투사방식의 광경로를 나타내는 도면.6 is a view showing an optical path of the diagonal projection method shown in FIG.
도 7은 종래의 다른 투사 표시장치의 광학계를 나타내는 도면.7 is a view showing an optical system of another conventional projection display device.
도 8은 도 7에 도시된 액정패널, 중간상 및 투사 스크린에 표시되는 상의 형태를 나타내는 도면.FIG. 8 is a view showing the shapes of images displayed on the liquid crystal panel, the intermediate image, and the projection screen shown in FIG. 7; FIG.
도 9a 내지 도 9c는 도 7에 도시된 액정패널과 제1 렌즈의 초점 사이에 거리에 따른 광경로 및 중간상의 경사각을 나타내는 도면.9A to 9C are diagrams illustrating an optical path and an inclination angle of an intermediate image according to a distance between a liquid crystal panel and a focal point of a first lens shown in FIG. 7;
도 10은 도 7에 도시된 중간상의 경사각에 대한 투사 광학계의 배치를 나타내는 도면.FIG. 10 is a diagram showing the arrangement of the projection optical system with respect to the inclination angle of the intermediate image shown in FIG. 7. FIG.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치을 나타내는 단면도.Fig. 11 is a sectional view showing a projection display device having a keystone removing function according to an embodiment of the present invention.
도 12는 도 11에 도시된 투사 표시장치 내의 광학계를 상세히 나타내는 도면.FIG. 12 is a diagram showing details of an optical system in the projection display device shown in FIG. 11;
도 13은 도 12에 도시된 액정패널, 중간상 및 투사 스크린에 표시되는 상의 형태를 나타내는 도면.FIG. 13 is a view showing shapes of images displayed on the liquid crystal panel, the intermediate image, and the projection screen shown in FIG. 12; FIG.
도 14는 광학계와 키스톤 발생원리를 도식적으로 나타내는 도면.14 is a diagram schematically showing an optical system and a keystone generation principle.
도 15a 및 도 15b는 각각 도 7에 도시된 광학계와 도 12에 도시된 광학계의 광경로를 나타내는 도면.15A and 15B are diagrams showing optical paths of the optical system shown in FIG. 7 and the optical system shown in FIG. 12, respectively.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치에서 액정패널, 중간상 및 투사 스크린에 표시되는 상의 형태를 나타내는 도면.Fig. 16 is a diagram showing the shapes of images displayed on a liquid crystal panel, an intermediate image, and a projection screen in a projection display device having a keystone removing function according to another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
11,31,41 : 광원 12,32,42,42R,42G,42B : 액정패널11,31,41: light source 12,32,42,42R, 42G, 42B: liquid crystal panel
13,36,45 : 투사 광학계 14,46 : 미러13,36,45: projection optical system 14,46: mirror
15,47 : 투사 스크린 21 : 프레넬 렌즈15,47: projection screen 21: Fresnel lens
22 : 렌티큘라 렌즈 33,71 : 제1 렌즈22 lenticular lens 33,71 first lens
34,73 : 제2 렌즈 35,44 : 중간상34,73 Second lens 35,44 Intermediate image
43 : 중간상 결상 광학계 51,52 : 플라이아이렌즈43: intermediate image forming optical system 51, 52: fly eye lens
53 : 편광 빔스프리터 54,58,60,62 : 전반사 미러53: polarization beam splitter 54, 58, 60, 62: total reflection mirror
55,63R,63G,63B : 집광렌즈 56,57 : 다이크로익 미러55,63R, 63G, 63B: condenser lens 56,57: dichroic mirror
72 : 광경로 보정렌즈72: light path correction lens
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치는 광원과 스크린 사이에 서로의 초점면이 교차되도록 설치되어 표시영상을 소정양의 키스톤값을 가지는 중간상으로 결상시키기 위한 제1 및 제2 렌즈를 포함한 중간상 결상 광학계와, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 초점면이 교차되는 지점에 설치되어 중간상이 광축과 수직한 면에 형성되게끔 제2 렌즈에 입사되는 광의 경로를 조절하기 위한 광경로 보정 광학렌즈와, 중간상 결상 광학계와 스크린 사이에 설치되어 중간상의 키스톤에 대한 역키스톤을 발생하여 중간상을 스크린 쪽으로 투사하기 위한 투사 광학계를 구비한다.상기 중간상은 상기 표시장치와 상기 투사 광학계 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, a projection display device having a keystone removing function according to the present invention is provided so that a focal plane of the light source and a screen intersect each other to form an image as an intermediate image having a predetermined amount of keystone values. Adjusting the path of light incident on the second lens such that the intermediate image forming optical system including the first and second lenses and the focal plane of the first lens and the second lens intersect so that the intermediate image is formed on a plane perpendicular to the optical axis. A light path correction optical lens and a projection optical system provided between the intermediate image forming optical system and the screen to generate an inverse keystone for the keystone of the intermediate image to project the intermediate image toward the screen. The intermediate image includes the display device and the projection optical system. It is located between.
본 발명에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치는 소정량의 키스톤값을 가지는 영상이 표시되는 표시패널과, 서로의 초점면이 교차되도록 설치되어 키스톤값을 가지는 표시영상에 소정량의 키스톤값을 가산하여 중간상으로 결상시키기 위한 제1 및 제2 렌즈를 포함한 중간상 결상 광학계와, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 초점면이 교차되는 지점에 설치되어 중간상이 광축과 수직한 면에 형성되게끔 제2 렌즈에 입사되는 광의 경로를 조절하기 위한 광경로 보정 광학렌즈를 구비한다.The projection display device having a keystone removing function according to the present invention is provided so that a display panel on which an image having a predetermined amount of keystone values is displayed and a focal plane of each other are intersected to provide a predetermined amount of keystone values on a display image having a keystone value. The intermediate image forming optical system including the first and second lenses for adding to the intermediate image and the second lens such that the intermediate image is formed on a surface perpendicular to the optical axis at the point where the focal planes of the first and second lenses intersect. And an optical path correction optical lens for adjusting a path of light incident on the optical path.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above objects will become apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
이하, 도 11 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 16.
도 11을 참조하면, 광원(41)과 투사 스크린(47) 사이에 설치된 액정패널(42), 중간상 결상 광학계(43), 투사렌즈(45) 및 미러(46)를 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치가 도시되어 있다.광원(41)으로부터 발생된 광은 영상이 표시되는 액정패널(42)을 투과한 다음, 중간상 결상 광학계(43) 쪽으로 입사된다. 중간상 결상 광학계(43)는 액정패널(42)에 표시된 영상을 키스톤을 갖는 중간상(44)으로 결상시키게 된다. 투사렌즈(45)는 중간상(44)을 소정 배율로 확대시킴과 아울러 중간상의 키스톤에 대한 역키스톤을 발생시켜 미러(46) 쪽으로 투사시키게 된다. 미러(46)는 입사광을 투사 스크린(47) 쪽으로 전반사시키게 된다. 이 때, 미러(46)로부터 반사된 광은 투사 스크린(47)에 비스듬히 입사된다. 투사 스크린(47)은 도 2와 같이 입사광을 관찰자 쪽으로 집속시키는 프레넬 렌즈(21)와, 프레넬 렌즈(21)로부터 입사된 광을 수평방향으로 확장시키는 렌티큘라 렌즈(22)를 포함하여 미러(46)로부터 입사되는 영상을 표시하게 된다.Referring to FIG. 11, an embodiment of the present invention includes a liquid crystal panel 42, an intermediate image forming optical system 43, a projection lens 45, and a mirror 46 provided between a light source 41 and a projection screen 47. A projection display device having a keystone removal function is shown. The light generated from the light source 41 passes through the liquid crystal panel 42 on which an image is displayed and then enters the intermediate image forming optical system 43. The intermediate image forming optical system 43 forms an image displayed on the liquid crystal panel 42 into an intermediate image 44 having a keystone. The projection lens 45 enlarges the intermediate image 44 at a predetermined magnification, and generates an inverted keystone for the keystone of the intermediate image to project it toward the mirror 46. The mirror 46 causes total reflection of the incident light toward the projection screen 47. At this time, the light reflected from the mirror 46 is incident on the projection screen 47 at an angle. The projection screen 47 is a mirror including a Fresnel lens 21 for focusing the incident light toward the viewer as shown in Figure 2, and a lenticular lens 22 for extending the light incident from the Fresnel lens 21 in the horizontal direction An image incident from 46 is displayed.
도 12는 3 판식 투사표시장치에 본 발명에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치가 적용된 경우의 광원 및 광학계를 상세히 나타낸다.12 shows a light source and an optical system in detail when a projection display device having a keystone removing function according to the present invention is applied to a three-plate projection display device.
도 12를 참조하면, 광원(41)과 제1 전반사미러(54) 사이에 설치된 제1 플라이아이렌즈(Flyeye-lens)(51), 제2 플라이아이렌즈(52) 및 편광 빔스프리터(53)와, 제1 전반사미러(54)와 적색용 액정패널(42R) 사이에 설치된 집광렌즈(55), 적색투과 다이크로익미러(Dichroic mirror)(56), 제2 전반사미러(58) 및 적색광 집광렌즈(63R)와, 적색투과 다이크로익미러(56)와 녹색용 액정패널(42G) 사이에 설치된 청색투과 다이크로익미러(57) 및 녹색광 집광렌즈(63G)와, 청색투과 다이크로익미러(57)와 청색용 액정패널(42B) 사이에 설치된 제1 릴레이렌즈(59), 제3 전반사미러(60), 제2 릴레이렌즈(61), 제4 전반사미러(62) 및 청색광 집광렌즈(63B)와,적·녹·청색용 액정패널(42R,42G,42B) 사이에 설치된 다이크로익 프리즘(64)을 구비한다. 광원(41)은 램프 및 반사경으로 이루어진다. 광원(41)으로부터 조사되는 백색광은 제1 플라이아이렌즈(51)에 의해 셀(cell) 단위로 분할되어 제2 플라이아이렌즈(52)의 입사면에 포커싱된다. 제2 플라이아이렌즈(52)는 자신에게 입사된 광을 평행광으로 변환하여 편광 빔스프리터(53) 쪽으로 투과시키게 된다. 편광 빔스프리터(53)는 제2 플라이아이렌즈(52)로부터의 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광(P파 또는 S파)으로 변환하여 제1 전반사미러(54) 쪽으로 투과시키게 된다. 제1 전반사미러(54)는 편광 빔스프리터(53)로부터의 입사광을 집광렌즈(55) 쪽으로 반사시키게 되며, 집광렌즈(55)는 자신에게 입사된 광을 적색투과 다이크로익미러(56) 쪽으로 집광시키게 된다. 적색투과 다이크로익미러(56)는 집광렌즈(55)로부터의 입사광 중, 적색광만을 제2 전반사미러(58) 쪽으로 투과시킴과 아울러 적색광 이외의 파장을 가지는 광을 청색투과 다이크로익미러(57) 쪽으로 반사시키게 된다. 제2 전반사미러(58)는 적색투과 다이크로익미러(56)로부터의 적색광을 적색광 집광렌즈(63R) 쪽으로 반사시키게 되며, 적색광 집광렌즈(63R)는 적색광을 적색용 액정패널(42R)의 입사면에 집광시키게 된다. 청색투과 다이크로익미러(57)는 적색투과 다이크로익미러(56)로부터의 입사광 중, 녹색광만을 녹색광 집광렌즈(63G) 쪽으로 반사시킴과 아울러 청색광을 제1 릴레이렌즈(59) 쪽으로 투과시키게 된다. 녹색광 집광렌즈(57)는 청색투과 다이크로익미러(57)로부터의 녹색광을 녹색용 액정패널(34)의 입사면에 집광시키게 된다. 제1 릴레이렌즈(59)에 입사된 청색광은 제3 전반사미러(60)에 의해 반사된 후, 제2 릴레이렌즈(61)를 투과하여 제4 전반사미러(62)에 의해 청색광 집광렌즈(63B) 쪽으로 반사된다. 청색광 집광렌즈(63B)는 제4 전반사미러(62)로부터 입사되는 청색광을 청색용 액정패널(38)의 입사면에 집광시키게 된다. 적·녹·청색용 액정 패널들(42R,42G,42B)은 데이터 신호레벨에 따라 광투과율을 조정함으로써 각각 자신에게 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광 각각에 대하여 투과량을 조정하게 된다. 다이크로익 프리즘(64)은 적·녹·청색광을 합성하여 그 합성광을 중간상 결상 광학계(43) 쪽으로 공급하게 된다.12, a first fly-eye lens 51, a second fly-eye lens 52, and a polarization beam splitter 53 disposed between the light source 41 and the first total reflection mirror 54. And a condenser lens 55, a red transparent dichroic mirror 56, a second total reflector 58 and a red light condenser provided between the first total reflection mirror 54 and the red liquid crystal panel 42R. A blue transparent dichroic mirror 57 and a green light condensing lens 63G provided between the lens 63R, a red transparent dichroic mirror 56 and a green liquid crystal panel 42G, and a blue transparent dichroic mirror A first relay lens 59, a third total reflection mirror 60, a second relay lens 61, a fourth total reflection mirror 62, and a blue light condensing lens provided between the 57 and the blue liquid crystal panel 42B; 63B) and the dichroic prism 64 provided between the red, green, and blue liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B. The light source 41 consists of a lamp and a reflector. The white light irradiated from the light source 41 is divided into cells by the first fly's eye lens 51 and focused on the incident surface of the second fly's eye lens 52. The second fly's eye lens 52 converts the light incident to itself into parallel light and transmits the light to the polarization beam splitter 53. The polarization beam splitter 53 converts incident light from the second fly's eye lens 52 into linearly polarized light (P wave or S wave) having any one optical axis and transmits the light toward the first total reflection mirror 54. The first total reflection mirror 54 reflects the incident light from the polarization beam splitter 53 toward the condensing lens 55, and the condensing lens 55 reflects the light incident to itself toward the red transmitting dichroic mirror 56. To be condensed. The red-transmissive dichroic mirror 56 transmits only the red light of the incident light from the condensing lens 55 toward the second total reflection mirror 58 and transmits light having a wavelength other than red light to the blue-transmitting dichroic mirror 57. Is reflected toward). The second total reflection mirror 58 reflects the red light from the red-transmissive dichroic mirror 56 toward the red light condenser lens 63R, and the red light condenser lens 63R transmits the red light to the red liquid crystal panel 42R. It is condensed on the surface. The blue transmissive dichroic mirror 57 reflects only the green light toward the green condenser lens 63G among the incident light from the red transmissive dichroic mirror 56, and transmits the blue light toward the first relay lens 59. . The green light condensing lens 57 condenses the green light from the blue transmission dichroic mirror 57 onto the incident surface of the green liquid crystal panel 34. After the blue light incident on the first relay lens 59 is reflected by the third total reflection mirror 60, the blue light condensing lens 63B passes through the second relay lens 61 and is transmitted by the fourth total reflection mirror 62. Reflected to the side. The blue light condensing lens 63B condenses blue light incident from the fourth total reflection mirror 62 on the incident surface of the blue liquid crystal panel 38. The red, green, and blue liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B adjust the amount of transmission for each of the red light, green light, and blue light incident on them by adjusting the light transmittance according to the data signal level. The dichroic prism 64 synthesizes red, green and blue light and supplies the synthesized light toward the intermediate image forming optical system 43.
중간상 결상 광학계(43)는 다이크로익 프리즘(64)과 투사렌즈(45) 사이에 나란하게 설치된 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)를 구비한다. 제1 렌즈(71)는 광축과 수직한 면에 대하여 광빔의 진행방향의 역방향으로 소정 각도만큼 기울어지게 광축 상에 설치된다. 광경로 보정렌즈(72)는 마이너스 굴절능을 가지는 오목렌즈로 이루어지며, 광축상에서 광축과 수직한 면에 거의 나란한 방향으로 설치된다. 제2 렌즈(73)는 광축과 수직한 면에 대하여 광빔의 진행방향으로 소정 각도만큼 기울어지게 광축 상에 설치된다. 결국, 이들 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)는 도 13에 나타낸 바와 같이 중간상(44)이 사다리꼴 모양으로 결상되게끔 광축상에서 경사지게 설치된다. 즉, 이들 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)는 중간상(44)이 위치별로 다른 배율로 결상되게끔 다이크로익 프리즘(64)으로부터의 합성광을 중간상(44)으로 결상시켜 중간상(44)에서 키스톤이 발생되도록 한다.The intermediate image forming optical system 43 includes a first lens 71, an optical path correcting lens 72, and a second lens 73 disposed side by side between the dichroic prism 64 and the projection lens 45. The first lens 71 is provided on the optical axis to be inclined by a predetermined angle in a direction opposite to the traveling direction of the light beam with respect to the plane perpendicular to the optical axis. The optical path correction lens 72 is formed of a concave lens having negative refractive power, and is installed in a direction substantially parallel to a plane perpendicular to the optical axis on the optical axis. The second lens 73 is installed on the optical axis to be inclined by a predetermined angle in the direction of travel of the light beam with respect to the plane perpendicular to the optical axis. As a result, these first lenses 71, the optical path correcting lens 72 and the second lens 73 are inclined on the optical axis such that the intermediate image 44 is trapezoidally shaped as shown in FIG. In other words, the first lens 71, the optical path correcting lens 72 and the second lens 73 combine the composite light from the dichroic prism 64 so that the intermediate image 44 is imaged at different magnifications by position. An image is formed in the intermediate phase 44 so that a keystone is generated in the intermediate phase 44.
키스톤이 발생되는 원리는 도 14와 같다. 도 14와 같이 물체면(81)이렌즈(82)의 광축과 수직한 면에 대하여 θ만큼 경사지게 설치되고, 물체면(81)과 렌즈(82)가 평행하지 않게 되면 렌즈(82)에 의해 물체면(81)이 결상되는 상면(83)은 광축과 수직한 면에 대하여 ψ만큼 경사지게 된다. 즉, 물체면의 점 'A'는 점 'C'에 결상되고, 점 'D'는 점 'F'에 결상된다. 그리고 점 'E'는 점 'G'에 결상된다. 렌즈(82)의 초점거리가 'f'라 하고, 점 A에서 렌즈(82) 까지의 거리는 'a', 렌즈(82)에서 점 C 까지의 거리는 'b'라 하면 광축 상의 점 A와 점 C에 대하여 아래의 수학식 1이 적용된다.The principle of generating the keystone is shown in FIG. 14. As shown in FIG. 14, when the object plane 81 is inclined by θ with respect to the plane perpendicular to the optical axis of the lens 82, and the object plane 81 and the lens 82 are not parallel to each other, the object is moved by the lens 82. The upper surface 83 on which the surface 81 is formed is inclined by ψ with respect to the surface perpendicular to the optical axis. That is, the point 'A' of the object plane is formed at the point 'C', and the point 'D' is formed at the point 'F'. And point 'E' is imaged at point 'G'. If the focal length of the lens 82 is 'f', the distance from point A to lens 82 is 'a' and the distance from lens 82 to point C is 'b', then point A and point C on the optical axis Equation 1 below is applied to.
수학식 1에서, 점 'C'에서의 배율을 m이라 하면 m은 다음의 수학식 2와 같이 f/(a-f)와 같다.In Equation 1, when the magnification at the point 'C' is m, m is equal to f / (a-f) as in Equation 2 below.
점 D는 렌즈(82)에 의해 점 F에 결상되고 물체면(81)의 길이 DE를 L, 상면에서 점 C와 점 F간의 길이 CF를 I1이라 하면 다음의 수학식 3을 만족한다.The point D is formed at the point F by the lens 82, and if the length DE of the object plane 81 is L and the length CF between the point C and the point F at the image plane is I1, the following equation (3) is satisfied.
그리고 점 F에서의 배율을 m1이라 하면, m1은 아래의 수학식 4와 같다.When the magnification at point F is m1, m1 is expressed by the following expression (4).
점 F에서의 배율 m1과 점 C에서의 배율 m을 비교하면, 분자는 같고 m1의 분모가 m의 분모보다 크게 되므로 점 F에서의 배율 m1이 점 C에서의 배율 m보다 작게 된다. 이에 따라, 점 F에서 결상된 상은 점 C에서 결상된 상보다 축소된다.When the magnification m1 at the point F and the magnification m at the point C are compared, the numerator is the same and the denominator of m1 is larger than the denominator of m, so the magnification m1 at the point F is smaller than the magnification m at the point C. Thus, the image formed at point F is reduced than the image formed at point C.
한편, 점 E는 렌즈(82)에 의해 점 G에 결상되고 상면(83)에서 점 C와 점 G간의 길이를 I2라 하면 아래의 수학식 5를 만족한다.On the other hand, the point E is formed at the point G by the lens 82, and the following equation (5) is satisfied when the length between the point C and the point G is I2 on the image surface 83.
점 G에서의 배율을 m2라 하면 m2는 아래의 수학식 6과 같다.If the magnification at point G is m2, m2 is expressed by Equation 6 below.
점 G에서의 배율 m2와 점 C에서의 배율 m을 비교하면, 분자는 같고 m2의 분모가 m의 분모보다 작게 되므로 점 F에서의 배율 m2가 점 C에서의 배율 m보다 크게 된다. 이에 따라, 점 G에서 결상된 상은 점 C에서 결상된 상보다 확대된다.When the magnification m2 at the point G and the magnification m at the point C are compared, the magnification m2 at the point F becomes larger than the magnification m at the point C because the numerator is the same and the denominator of m2 is smaller than the denominator of m. Thus, the image formed at point G is enlarged than the image formed at point C.
이와 같이, 물체면(81)에 대하여 기울어진 렌즈(82)에 의해 결상된 상면(83)은 위치에 따라 배율이 달라지게 되므로 중간상(44)에 도 7에 나타낸 바와 같이 사다리꼴 모양의 키스톤이 발생된 상이 결상된다.As described above, since the magnification varies depending on the position of the image surface 83 formed by the lens 82 inclined with respect to the object surface 81, a trapezoidal keystone is generated in the intermediate image 44 as shown in FIG. 7. The lost image is lost.
한편, 물체면(81)과 상면(83) 각각의 경사각 θ와 ψ 사이에는 아래의 수학식 7과 같은 관계가 성립되므로 수학식 7에 의해 θ와 ψ를 조절할 수 있다.On the other hand, between the inclination angles θ and ψ of each of the object surface 81 and the upper surface 83 is established as shown in Equation 7 below, it is possible to adjust θ and ψ by the equation (7).
이에 따라, 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)의 경사각을 조절하여 다이크로익 프리즘(63)으로부터의 영상이 중간상(44)에서 필요한 만큼의 키스톤이 발생되도록 한다.Accordingly, the inclination angles of the first lens 71, the optical path correcting lens 72, and the second lens 73 are adjusted so that the image from the dichroic prism 63 is provided with as many keystones as necessary in the intermediate image 44. To be generated.
이와 같이 결상된 중간상(44)은 도 12에서 알 수 있는 바와 같이 광축에 거의 수직하게 형성된다. 도 7에 도시된 광학계와 대비할 때, 도 7에 도시된 광학계에서는 2 개의 렌즈(33,34)를 이용하여 중간상(35)에 키스톤이 발생되게 하면 액정패널(32)과 제1 렌즈(33) 사이에 다이크로익 프리즘을 설치할 수 있는 여유공간에 의해 중간상(35)이 액정패널(35) 쪽으로 기울어지게 되므로 수차가 발생되고, 또한, 기울어진 중간상(35)에 의해 광의 진행방향과 투사렌즈(37) 및 투사 스크린(37)의 배치방향이 서로 달라지는데서 초래되는 어두운 영상이 투사 스크린(37)에서 결상될 수밖에 없다. 이에 비하여, 도 12에 도시된 광학계에서는 제1 및 제2 렌즈(71,73) 사이에 설치된 광경로 보정렌즈(72)에 의해 중간상(44)이 수직으로 형성되므로 수차가 거의 발생되지 않고 광의 진행방향 상에 투사렌즈(45)와 투사 스크린(47)이 배치되므로 광손실이 적어지게 되어 그 만큼 투사 스크린(47)에 결상된 영상의 휘도가 높아지게 된다. 즉, 광경로 보정렌즈(72)가마이너스 굴절능을 가지는 오목렌즈로 됨으로써 오목렌즈의 효과에 의해 도 7에서 2 개의 렌즈를 사용한 광학계를 지나는 광경로와는 다른 광경로를 갖게 되므로 중간상(44)이 광축에 수직하게 형성된다.The intermediate image 44 thus formed is formed almost perpendicular to the optical axis as can be seen in FIG. In contrast to the optical system shown in FIG. 7, in the optical system shown in FIG. 7, when the keystone is generated in the intermediate image 35 using two lenses 33 and 34, the liquid crystal panel 32 and the first lens 33 are formed. Since the intermediate image 35 is inclined toward the liquid crystal panel 35 due to the free space in which the dichroic prism can be installed therebetween, aberration is generated. Further, the tilted intermediate image 35 causes the light traveling direction and the projection lens ( 37) and the dark image resulting from the different arrangement of the projection screen 37 is inevitably formed on the projection screen 37. In contrast, in the optical system illustrated in FIG. 12, since the intermediate image 44 is vertically formed by the optical path correcting lenses 72 provided between the first and second lenses 71 and 73, the aberration rarely occurs and the light travels. Since the projection lens 45 and the projection screen 47 are disposed in the direction, the light loss is reduced so that the brightness of the image formed on the projection screen 47 increases. That is, since the optical path correcting lens 72 becomes a concave lens having negative refractive power, the intermediate image 44 has a different optical path from the optical path passing through the optical system using two lenses in FIG. 7 due to the effect of the concave lens. It is formed perpendicular to the optical axis.
이를 도 7에 도시된 광학계와 도 12에 도시된 광학계 각각에서의 광빔추적을 나타내는 도 15a 및 도 15b를 결부하여 상세히 설명하기로 한다.This will be described in detail with reference to FIGS. 15A and 15B, which illustrate light beam tracking in each of the optical system shown in FIG. 7 and the optical system shown in FIG. 12.
도 15a를 참조하면, 물체면(91)과 제1 렌즈(33) 사이의 거리에 따라 중간상(44)이 광축과 수직한 면에 대하여 기울어지게 된다. 이 때, 제1 렌즈(33)의 초점면(33b)과 제2 렌즈(34)의 초점면(34b)은 광축 상에서 교차된다. 광축을 기준으로 물체면(91)의 위쪽 부분과 아래쪽 부분 각각의 길이를 m1과 m2라 하고 물체면(91)에서 제1 렌즈(33)까지의 거리를 d라고 가정한다. 또한, 제1 렌즈(33)와 제2 렌즈(34)의 초점거리를 각각 f1, f2라 하고 제1 렌즈(33)와 제2 렌즈(34)가 각각 광축과 수직인 면과 이루는 각을 θ1과 θ2라 하면 중간상(35)이 광축에 수직인 면과 이루는 각 φ1는 아래의 수학식 8에 의해 결정된다.Referring to FIG. 15A, the intermediate image 44 is inclined with respect to the plane perpendicular to the optical axis according to the distance between the object plane 91 and the first lens 33. At this time, the focal plane 33b of the first lens 33 and the focal plane 34b of the second lens 34 intersect on the optical axis. It is assumed that the lengths of the upper and lower portions of the object surface 91 are m1 and m2 based on the optical axis, and the distance from the object surface 91 to the first lens 33 is d. Further, the focal lengths of the first lens 33 and the second lens 34 are f1 and f2, respectively, and the angle between the first lens 33 and the second lens 34 is perpendicular to the plane perpendicular to the optical axis, respectively. And θ2, the angle? 1 formed by the plane of the intermediate image 35 perpendicular to the optical axis is determined by Equation 8 below.
단, only,
도 15b를 참조하면, 본 발명에서는 제1 렌즈(71)와 제2 렌즈(73) 각각의 초점면(71a,73a)이 교차되는 광축상에 광경로 보정렌즈(72)를 설치하게 된다. 광경로 보정렌즈(72)는 마이너스 굴절능을 가지는 오목렌즈이다. 이 광경로 보정렌즈(72)는 제1 렌즈(71)로부터의 입사광을 발산광 형태로 변환하여 제2 렌즈(73)에 의해 집광되어 결상되는 중간상(44)이 광축에 대하여 수직으로 형성되게끔 제2 렌즈(73)에 입사되는 광의 경로를 조정하게 된다. 따라서, 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)에 의해 결상되는 중간상(44)이 광축에 대하여 수직하게 결상된다. 광축을 기준으로 물체면(91)의 위쪽 부분과 아래쪽 부분 각각의 길이를 m1과 m2라 하고 물체면(91)에서 제1 렌즈(71)까지의 거리를 d라고 가정한다. 또한, 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73) 각각의 초점거리를 f1(제1 렌즈 초점거리), -f3(광경로 보정렌즈 초점거리) 및 f2(제2 렌즈 초점거리)라 하고, 제1 렌즈(71)와 제2 렌즈(73)가 각각 광축과 수직한 면과 이루는 각을 θ1과 θ2라 하면 중간상(35)이 광축에 수직인 면과 이루는 각 φ2는 아래의 수학식 9에 의해 결정된다.Referring to FIG. 15B, the optical path correcting lens 72 is disposed on an optical axis where the focal planes 71a and 73a of each of the first lens 71 and the second lens 73 intersect. The optical path correction lens 72 is a concave lens having negative refractive power. The optical path correcting lens 72 converts the incident light from the first lens 71 into a divergent light form so that the intermediate image 44 collected and imaged by the second lens 73 is formed perpendicular to the optical axis. The path of the light incident on the two lenses 73 is adjusted. Therefore, the intermediate image 44 formed by the first lens 71, the optical path correcting lens 72, and the second lens 73 is imaged perpendicularly to the optical axis. It is assumed that the length of each of the upper and lower portions of the object plane 91 is m1 and m2 based on the optical axis, and the distance from the object plane 91 to the first lens 71 is d. Further, the focal lengths of the first lens 71, the optical path correcting lens 72, and the second lens 73 are respectively determined by f1 (first lens focal length), -f3 (focal path correcting lens focal length), and f2 ( Second lens focal length), and the angle formed by the first lens 71 and the second lens 73 with the surface perpendicular to the optical axis is θ1 and θ2, respectively, and the intermediate image 35 forms the surface perpendicular to the optical axis. The angle φ2 is determined by the following equation (9).
단, only,
수학식 8 및 수학식 9에 있어서, 각 변수들에 실제 광학계에 적용할 수 있는 수치를 대입하게 되면 물체면(91)에서 제1 렌즈(33,71)까지의 거리 d가 초점거리보다 커질수록 제1 렌즈(33,71)의 초점거리 f1보다 커질수록 도 7의 광학계에서는 중간상(35)의 기울어진 각도 ψ1가 도 12에 도시된 본 발명의 광학계에서의 중간상(44)의 기울어진 각도 ψ2보다 크게 된다. 여기서, 도 12에 도시된 광학계에 의해 결상되는 중간상(44)의 각도 ψ2는 1°내외가 되므로 광축에 수직하게 형성되기 쉽다.In equations (8) and (9), when the values applicable to the actual optical system are substituted for each variable, the distance d from the object surface 91 to the first lenses 33 and 71 becomes larger than the focal length. As the focal length f1 of the first lenses 33 and 71 is greater than the inclination angle ψ1 of the intermediate image 35 in the optical system of FIG. 7, the inclination angle ψ2 of the intermediate image 44 in the optical system of the present invention shown in FIG. 12. Becomes larger. Here, the angle ψ 2 of the intermediate image 44 formed by the optical system shown in FIG. 12 is about 1 °, so it is easily formed perpendicular to the optical axis.
한편, 투사렌즈(45)는 키스톤을 가지는 중간상(44)이 정상 형태의 화상으로 보정되게끔 중간상(44)의 키스톤에 대하여 역키스톤을 발생하도록 광축 상에 배치된다. 그러면 투사스크린(47)에 결상된 영상은 중간상(44)에서의 키스톤과 투사렌즈(45)에 의한 역키스톤의 상쇄에 의해 도 13과 같이 정상 형태로 표시된다.On the other hand, the projection lens 45 is disposed on the optical axis so as to generate an inverted keystone with respect to the keystone of the intermediate image 44 so that the intermediate image 44 having the keystone is corrected to a normal shape image. Then, the image formed on the projection screen 47 is displayed in the normal form as shown in FIG. 13 by the cancellation of the keystone in the intermediate image 44 and the reverse keystone by the projection lens 45.
결과적으로, 본 발명에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치는 중간상(44)이 사다리꼴 형태의 키스톤을 갖고 광축에 수직하게 결상된다. 이에 따라, 중간상(44)에 결상된 영상이 투사렌즈(45) 및 미러(46)에 의해 투사 스크린(47)에 비스듬히 투사될 때 투사렌즈(45)를 광축과 수직한 면에 대하여 크게 기울이지 않아도 되므로 수차보정이 쉬워지고 투사 스크린(47)에 결상된 영상이 선명하게 표시될 수 있게 된다. 또한, 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)를 포함한 중간상 결상 광학계(43)와 투사렌즈(45)가 광축 상에 배치되므로 광의 진행방향을 꺾어 투사 스크린(47) 쪽으로 진행시키지 않고 광의 진행방향을 유지하여 투사 스크린(46) 쪽으로 투사시키므로 광손실이 최소화되어 투사 스크린(47)에 결상된 영상이 밝게 표시된다.As a result, in the projection display device having the keystone removing function according to the present invention, the intermediate image 44 has a trapezoidal keystone and is formed perpendicular to the optical axis. Accordingly, when the image formed on the intermediate image 44 is projected obliquely on the projection screen 47 by the projection lens 45 and the mirror 46, the projection lens 45 does not have to be inclined greatly with respect to the plane perpendicular to the optical axis. Therefore, aberration correction becomes easy, and the image formed on the projection screen 47 can be displayed clearly. In addition, since the intermediate image forming optical system 43 including the first lens 71, the optical path correcting lens 72, and the second lens 73 and the projection lens 45 are disposed on the optical axis, the projection screen is turned by bending the light traveling direction. The light loss is minimized and the image formed on the projection screen 47 is displayed brightly because the light is minimized and projected toward the projection screen 46 without advancing toward 47.
한편, 시스템의 두께를 더욱 줄이기 위해서는 투사 스크린(47)에 입사되는 광의 각도를 더욱 크게 하여야 한다. 이 경우, 중간상 결상 광학계(43)를 구성하는 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)의 기울어진 각도를 더욱 크게 하여야 하지만 렌즈들(71,72,73)의 각도가 커지는 만큼 수차가 크게 발생하게 되어 렌즈들(71,72,73)의 각도를 어느 한계 이상으로 크게 하기가 어렵다. 이를 위하여, 도 16에서 알 수 있는 바와 같이 액정패널(42R,42G,42B)의 영상이 사다리꼴 모양의 키스톤을 갖는 형태로 표시되게 한다. 그러면 액정패널(42R,42G,42B)에 표시된 영상 자체에 소정 양의 키스톤을 가지게 되므로 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)을 과도하게 기울이지 않고도 중간상(44)에서 원하는 만큼의 키스톤양을 가질 수 있게 된다. 액정패널(42R,42G,42B)에 표시되는 영상이 키스톤을 가지게 하는 방법으로는 액정패널(42R,42G,42B) 상의 위쪽 표시부에서는 표시되는 픽셀수를 줄이는 반면, 아래쪽 표시부에는 표시되는 픽셀수를 상대적으로늘려 전체적으로 사다리꼴 모양으로 영상이 표시되게 한다. 이는 입력 비디오 데이터의 샘프링 타임을 다르게 조정하여 액정패널(42R,42G,42B)의 아래쪽에서는 정상적인 픽셀수에 대응하는 비디오 데이터들이 공급되게 하고, 액정패널(42R,42G,42B)의 위쪽에서는 정상적인 픽셀수보다 작은 수의 중앙부 픽셀들에만 비디오 데이터들이 공급되게 함으로써 가능하게 된다. 이 경우, 액정패널(42R,42G,42B)의 위쪽에 비디오 데이터가 공급되지 않는 주변부 픽셀들은 블랙 데이터를 표시하게 된다. 이와 같이 액정패널(42R,42G,42B)에 표시된 영상의 키스톤양과 제1 렌즈(71), 광경로 보정렌즈(72) 및 제2 렌즈(73)에 의해 더해지는 키스톤양만큼 중간상(44)에 결상된 영상이 사다리꼴 모양의 키스톤을 가지게 된다. 이러한 중간상(44)은 투사렌즈(45)에 의한 역키스톤값으로 보정되어 미러(46)를 경유하여 투사 스크린(47)에 투사된다.On the other hand, in order to further reduce the thickness of the system, the angle of light incident on the projection screen 47 must be further increased. In this case, the inclination angles of the first lens 71, the optical path correcting lens 72, and the second lens 73 constituting the intermediate image forming optical system 43 should be made larger, but the lenses 71, 72, and 73 Aberration is large as the angle of Δ increases, making it difficult to increase the angle of the lenses 71, 72, and 73 beyond a certain limit. To this end, as shown in FIG. 16, the images of the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B are displayed in the form of trapezoidal keystones. As a result, the image itself displayed on the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B has a predetermined amount of keystone, so that the intermediate image (without excessive tilting of the first lens 71, the optical path correcting lens 72, and the second lens 73) You can have as many keystones as you want in 44). As a method of making the image displayed on the liquid crystal panels 42R, 42G and 42B have a keystone, the number of pixels displayed on the upper display portion on the liquid crystal panels 42R, 42G and 42B is reduced while the number of pixels displayed on the lower display portion is reduced. It is relatively enlarged so that the image is displayed in a trapezoid shape as a whole. This adjusts the sampling time of the input video data differently so that video data corresponding to the normal number of pixels is supplied at the bottom of the liquid crystal panels 42R, 42G and 42B, and normal at the top of the liquid crystal panels 42R, 42G and 42B. This is made possible by allowing video data to be supplied only to a number of central pixels smaller than the number of pixels. In this case, peripheral pixels to which video data is not supplied above the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B display black data. In this way, an image is formed on the intermediate image 44 by the amount of keystone of the image displayed on the liquid crystal panels 42R, 42G, and 42B and the amount of keystone added by the first lens 71, the light path correcting lens 72, and the second lens 73. The image will have a trapezoidal keystone. This intermediate image 44 is corrected to the inverse keystone value by the projection lens 45 and is projected onto the projection screen 47 via the mirror 46.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치는 중간상을 결상시킴과 아울러 상기 중간상에 결상된 영상이 소정 양의 키스톤을 가지고 광축과 수직한 면상에 형성되도록 하는 광학계와, 상기 중간상의 키스톤에 대한 역키스톤값으로 영상을 정상적인 형태로 변환하여 스크린에 투사하는 투사 광학계를 구비하여 같은 화면크기를 갖는 종래의 투사 표시장치에 비하여 시스템의 두께를 박형화할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 키스톤 제거기능을 가지는 투사 표시장치는 영상을 스크린에 비스듬히 투사하는 사선 투사방식에서 초래되는키스톤을 보정하여 키스톤없는 선명한 영상을 표시할 수 있게 된다. 나아가, 광의 진행 경로 상에 광학계의 모든 광학부품들이 일렬로 배치되므로 광량의 손실이 적게 되어 스크린에 결상되는 영상의 휘도값이 커지게 된다.As described above, the projection display device having a keystone removing function according to the present invention comprises an optical system for forming an image of the intermediate image and forming an image formed on the intermediate image on a plane perpendicular to the optical axis with a predetermined amount of keystone, It is possible to reduce the thickness of the system compared to the conventional projection display device having the same screen size by including a projection optical system that converts an image into a normal form and projects it on a screen by the inverse keystone value of the keystone of the intermediate image. In addition, the projection display device having a keystone removal function according to the present invention can display a clear image without keystone by correcting a keystone resulting from an oblique projection method of projecting an image at an angle to a screen. Furthermore, since all the optical components of the optical system are arranged in a line on the path of the light, the amount of light is reduced and the luminance value of the image formed on the screen is increased.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
Claims (8)
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