KR100617147B1

KR100617147B1 - integrator of projection system

Info

Publication number: KR100617147B1
Application number: KR1020040047565A
Authority: KR
Inventors: 서은성
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-09-01
Also published as: KR20050122458A

Abstract

본 발명은 2개 이상을 광원을 사용하면서도 광 로드 또는 광 터널의 입구 너비를 증가시키지 않도록 구성하여 광 로드에서 출사되는 주 광량을 효과적으로 증가시킬 수 있는 광 로드를 제공하기 위한 것으로서, 램프에서 발생된 빛을 일정한 면적을 가지도록 집속시켜주는 역할을 하는 광 적분기에 있어서, 상기 광 적분기 제 1 광원으로부터 입사되는 광축과 평행한 위치에서 입사되는 광원을 집속시키는 메인 적분기부와, 상기 메인 적분기 측면에 적어도 1개 이상 구성하고, 상기 제 1 광원과 다른 적어도 1개 이상의 광원으로부터 광축과 평행한 위치에서 입사되는 광원을 상기 메인 적분기 내로 입사시키는 서브 적분기부를 포함하여 구성되고, 상기 메인 적분기의 굴절률은 상기 서브 적분기의 굴절률 보다 크게 설정되도록 구성되는데 있다.The present invention is to provide an optical rod that can effectively increase the amount of primary light emitted from the optical rod by configuring two or more so as not to increase the entrance width of the optical rod or light tunnel while using a light source, An optical integrator serving to focus light to have a constant area, the optical integrator comprising: a main integrator for focusing a light source incident at a position parallel to an optical axis incident from a first light source, and at least on a side of the main integrator; And a sub integrator configured to include one or more light sources incident at a position parallel to the optical axis from at least one light source different from the first light source into the main integrator, wherein the refractive index of the main integrator is determined by the sub integrator. It is configured to be set larger than the refractive index of the integrator.

광 로드, 광 터널, 적분기Optical rod, optical tunnel, integrator

Description

Integrator of projection system

도 1 은 종래 기술에 따른 광 로드 또는 광 터널을 이용한 광학계 적분기의 형상을 나타낸 도면1 is a view showing the shape of an optical system integrator using an optical rod or a light tunnel according to the prior art

도 2 는 종래 기술에 따른 광 로드 또는 광 터널에 의해서 빛이 접히는 형상을 나타내 도면2 is a view showing a shape in which light is folded by an optical rod or a light tunnel according to the prior art;

도 3 은 본 발명에 따른 광 로드 또는 광 터널을 이용한 광학계 적분기의 형상을 나타낸 도면3 is a view showing the shape of the optical system integrator using an optical rod or a light tunnel according to the present invention

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

10 : 광 로드 또는 광 터널 20, 300, 300' : 램프10: optical load or optical tunnel 20, 300, 300 ': lamp

100 : 메인 적분기부 200 : 서브 적분기부100: main integrator 200: sub integrator

본 발명은 광학계 적분기에 관한 것으로, 특히 프로젝션, 프로젝터 시스템에서 사용되는 광 로드를 이용한 적분기(integrator)에 관한 것이다.The present invention relates to an optical integrator, and more particularly, to an integrator using optical rods used in projection and projector systems.

최근 프로젝션(Projection), 프로젝터(Projector)의 경우 램프(Lamp)와 액정, DMD, LCoS 같은 이미져(Imager)를 이용하여 화면을 구성하고 있다. 이때 램프 의 경우 빛이 순환 대칭(Rotational Symmetry)을 이루고 있고, 화면은 사각형이기 때문에 램프의 빛을 형상(Shaping)하면서 균일성(Uniformity)을 만족시키기 위해서 적분기(Integrator)를 사용하게 되는데, 이 적분기는 FEL(Fly Eye Lens)와 광 로드(Light Rod(tunnel))등을 이용한다.Recently, in the case of projection and projector, a screen is constructed using an imager such as a lamp, a liquid crystal, a DMD, and an LCoS. In this case, the lamp is composed of rotational symmetry, and since the screen is rectangular, the integrator is used to satisfy the uniformity while shaping the light of the lamp. Fly (Fly Eye Lens) and Light Rod (Tunnel) are used.

이때, 상기 광 로드 및 광 터널(Tunnel)의 경우는 FEL(Fly eye lens)를 이용하였을 때 보다 광학계 시스템이 간단해 지는 장점이 있으며, 상기 광 로드는 육각의 긴 블록(block)이라서 내부 전반사를 이용하여 적분기 역할을 하는데 반해서, 상기 광 터널은 거울 4장을 붙혀서 반사를 이용하여 적분기 역할을 수행한다. 그러나 둘의 기본 사용법은 동일하다.In this case, the optical rod and the optical tunnel (Tunnel) has the advantage that the optical system is simpler than when using a FEL (Fly eye lens), the optical rod is a hexagonal long block (block) to the total internal reflection While the optical tunnel acts as an integrator, the optical tunnel attaches four mirrors to serve as an integrator using reflection. But the basic usage of both is the same.

도 1 은 종래 기술에 따른 광 로드 또는 광 터널을 이용한 광학계 적분기의 형상을 나타낸 도면으로, 광 로드 또는 광 터널(10)은 안으로 들어온 빛이 전반사를 하면서 진행하게 된다.1 is a view showing the shape of the optical system integrator using the optical rod or the optical tunnel according to the prior art, the optical rod or the optical tunnel 10 proceeds while the light entered in the total reflection.

즉, 빛이 균등해지는 원리는 도 2에서 상세히 나타내고 있다. That is, the principle of equalizing light is shown in detail in FIG. 2.

도 2와 같이, 빛이 광 로드 또는 광 터널(10) 안에서 반사를 하면서 빛의 측면(Profile)이 커지게 된다. 그리고 이 커진 빛은 마치 종이를 접은 것과 같이, 펼쳐진 빛의 다발이 광 로드 또는 광 터널(10)의 경계면을 기준으로 하여 접힌 결과로 출사면에서 나가는 빛의 형상이 된다. 이때, 상기 광 로드 또는 광 터널(10)의 길이가 길면 길수록 접히는 회수는 많아지므로 출사면에서의 빛은 좀더 균등해진다. As shown in FIG. 2, as the light is reflected in the light rod or the light tunnel 10, a profile of the light becomes large. This enlarged light becomes a shape of light exiting from the exit surface as a result of folding the bundle of unfolded light on the basis of the boundary of the optical rod or the light tunnel 10 as if the paper is folded. At this time, the longer the length of the light rod or the light tunnel 10 is, the greater the number of times of folding, so the light at the exit surface becomes more even.

이와 같이 출사면에서 주광이 출사되게 되는데, 이때, 상기 광 로드 또는 광 터널(10)에서 출사되는 주광량을 증가시키기 위해 사용되는 방법으로 램프(20)에서 출사되는 광량을 증가시키는 방법이 있다. 그러나, 이 경우 상기 램프(20)의 수명이 저하되게 되며, 또한 고출력의 램프를 구동함으로해서 높은 전력을 필요로 하는 문제점이 있었다.In this way, the main light is emitted from the exit surface, and in this case, there is a method of increasing the amount of light emitted from the lamp 20 as a method used to increase the amount of daylight emitted from the light rod or the light tunnel 10. However, in this case, the life of the lamp 20 is reduced, and there is a problem that requires a high power by driving a lamp of high output.

이를 해결하기 위해 간단히 생각할 수 있는 방법으로 광원으로 사용되는 램프(20)의 개수를 2개 이상 사용하여, 이 2개 이상의 광원을 하나의 적분기에서 합치므로 해서 주광량을 증가시키는 방법을 생각할 수 있다. 이에 따라, 램프의 수명을 증가시킬 수 있으며, 또한, 사용되는 전력 또한 낮출 수 있게 될 것이다.In order to solve this problem, it is possible to think of a method of increasing the amount of daylight by using two or more lamps 20 as a light source and combining the two or more light sources in one integrator. . Accordingly, the life of the lamp can be increased, and the power used will also be lowered.

그러나, 광 로드 또는 광 터널(10)의 출사면에서의 빛의 각도는 램프(20)에서 광 로드 또는 광 터널(10)로 들어오는 빛의 각도로써 결정되어지기 때문에, 램프(20)의 입사 빛이 광 로드 또는 광 터널(10)의 광축과 평행하지 않는 각도로 입사되게 되면, 출사되는 주광이 기울어지게 되어 광손실을 발생시키게 된다. However, since the angle of light at the exit surface of the optical rod or light tunnel 10 is determined as the angle of the light entering the optical rod or light tunnel 10 from the lamp 20, the incident light of the lamp 20 When incident at an angle not parallel to the optical axis of the optical rod or the optical tunnel 10, the emitted main light is inclined to generate light loss.

따라서, 주광량을 증가시키기 위해 병렬로 구성된 2개 이상의 램프를 하나의 적분기로 합치기 위해서는 2개 이상의 램프 입사 빛과 광 로드의 광축을 서로 평행하게 유지시켜야 한다. 따라서, 이를 위해서는 광 로드 또는 광 터널의 입구의 너비(etendue)를 증가시켜야만 한다.Therefore, in order to combine two or more lamps configured in parallel into one integrator to increase the amount of daylight, the optical axes of the two or more lamp incident lights and the optical rods must be kept in parallel with each other. Thus, this requires increasing the width of the entrance of the light rod or light tunnel.

그러나, 광원 너비가 커지게 되면 광학계의 효율이 급격히 떨어지게 되므로, 주광량을 증가시키기 위해 2개 이상의 광원을 사용하는 경우에도, 광원의 너비가 커지게 되어 램프 1개를 사용하면서 광 로드의 입구의 너비를 반으로 줄였을 때와 출사되는 주광량을 비교해 보면, 주광량은 동일하거나 또는 더 나빠지게 된다.However, when the light source width is increased, the efficiency of the optical system is drastically decreased. Therefore, even when two or more light sources are used to increase the amount of daylight, the width of the light source is increased so that the width of the inlet of the light rod can be increased by using one lamp. Comparing the amount of emitted daylight with the width cut in half, the amount of daylight is the same or worse.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 2개 이상을 광원을 사용하면서도 광 로드 또는 광 터널의 입구 너비를 증가시키지 않도록 구성하여 광 로드에서 출사되는 주광량을 효과적으로 증가시킬 수 있는 광 로드를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to effectively increase the amount of primary light emitted from the optical rod by configuring two or more so as not to increase the width of the entrance of the optical rod or light tunnel while using the light source. The purpose is to provide an optical rod.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학계 적분기의 특징은 램프에서 발생된 빛을 일정한 면적을 가지도록 집속시켜주는 역할을 하는 광 적분기에 있어서, 상기 광 적분기는 제 1 광원으로부터 입사되는 광축과 평행한 위치에서 입사되는 광원을 집속시키는 메인 적분기부와, 상기 메인 적분기 측면에 적어도 1개 이상 구성하고, 상기 제 1 광원과 다른 적어도 1개 이상의 광원으로부터 광축과 평행한 위치에서 입사되는 광원을 상기 메인 적분기 내로 입사시키는 서브 적분기부를 포함하여 구성되고, 상기 메인 적분기의 굴절률은 상기 서브 적분기의 굴절률 보다 크게 설정되도록 구성되는데 있다.A feature of the optical integrator according to the present invention for achieving the above object is an optical integrator that serves to focus the light generated from the lamp to have a certain area, the optical integrator is an optical axis incident from the first light source A main integrator for focusing a light source incident at a position parallel to the light source, and at least one light source incident on a side of the main integrator, the light source incident at a position parallel to the optical axis from at least one light source different from the first light source; And a sub integrator that is incident into the main integrator, wherein the refractive index of the main integrator is set to be greater than that of the sub integrator.

이때, 상기 메인 적분기 및/또는 서브 적분기는 광 로드 또는 광 터널 중 적어도 하나 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.In this case, the main integrator and / or sub integrator is preferably composed of at least one or more of the optical rod or optical tunnel.

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본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명에 따른 광 로드 또는 광 터널을 이용한 광학계 적분기의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of an optical integrator using an optical rod or an optical tunnel according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3 은 본 발명에 따른 광 로드 또는 광 터널을 이용한 광학계 적분기의 형상을 나타낸 도면이다.3 is a view showing the shape of an optical system integrator using an optical rod or a light tunnel according to the present invention.

도 3과 같이, 램프에서 발생된 빛을 일정한 면적을 가지도록 집속시켜주는 역할을 하는 광 적분기에 있어서, 상기 광 적분기는 제 1 광원(300)으로부터 입사되는 광축과 평행한 위치에서 입사되는 광원을 집속시키는 메인 적분기(Main-Integrator : MI)부(100)와, 상기 메인 적분기(100) 측면에 적어도 1개 이상 구성하고, 상기 제 1 광원(300)과 다른 적어도 1개 이상의 광원(300')으로부터 광축과 평행한 위치에서 입사되는 광원을 상기 메인 적분기(100) 내로 입사시키는 서브 적분기(Sub-integrator : SI)부(200)로 구성된다.In the optical integrator that serves to focus the light generated from the lamp to have a predetermined area, as shown in FIG. 3, the optical integrator receives a light source incident at a position parallel to the optical axis incident from the first light source 300. A main integrator (MI) unit 100 for focusing and at least one or more light sources 300 ′ configured on at least one side of the main integrator 100 and different from the first light source 300; And a sub-integrator (SI) unit 200 for injecting a light source incident at a position parallel to the optical axis from the main integrator 100.

이때, 상기 메인 적분기(100)와 서브 적분기(200)는 육각의 긴 블록으로 구성되어 내부 전반사를 이용하여 적분기 역할을 하는 광 로드로 구성되거나, 또는 거울 4장을 붙혀서 각 거울의 반사를 이용하여 적분기 역할을 수행하는 광 터널로 구성된다.At this time, the main integrator 100 and the sub integrator 200 is composed of an optical rod that is composed of a hexagonal long block to serve as an integrator by using total internal reflection, or by attaching four mirrors to reflect each mirror It consists of an optical tunnel that acts as an integrator.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 광학계 적분기의 광로드의 구성 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.If described in detail with reference to the accompanying drawings, a method of configuring an optical rod of an optical integrator according to the present invention configured as described above is as follows.

먼저, 사용되는 광 소스로 도 3에서는 램프(300)(300') 3개를 사용하는 경우를 실시 예로 나타내고 있지만, 상기 SI(200)를 사용하는 개수에 따라 더 많은 램프(300)(300')를 사용하여 광량을 높일 수 있다. 본 명세서에서는 설명을 용이하게 하기 위해 광 소스로 3개의 램프를 사용한 경우를 실 예로 설명하도록 한다.First, in FIG. 3, three lamps 300 and 300 ′ are used as the light source, but more lamps 300 and 300 ′ are used depending on the number of SI 200. Can be used to increase the amount of light. In the present specification, in order to facilitate the description, the case of using three lamps as the light source will be described as an example.

본 발명에 따른 광학계 적분기는 상기 MI(100)와 SI(200)의 재질 굴절률을 틀리게 설정하여 빛을 합치고 있다.In the optical system integrator according to the present invention, the material refractive indices of the MI 100 and the SI 200 are set differently to combine light.

좀더 상세히 설명하면, 도 3과 같이 상기 MI(100)는 굴절률을 크게 설정해 주고, 상기 SI(200)는 상기 MI(100)보다 굴절률을 작게 설정되도록 구성한다. In more detail, as shown in FIG. 3, the MI 100 sets a larger refractive index, and the SI 200 is configured to set a smaller refractive index than the MI 100.

그러면, 상기 MI(100)에서 진행하던 빛은 굴절률 차이 때문에 상기 SI(200)와 만나는 부분에서 전반사 각도보다 큰 빛은 전반사하게 되어 그대로 진행하고, 상기 SI(200)의 접합부분으로는 빛이 빠져나가지 않게 된다. Then, the light traveling in the MI 100 is totally reflected by the total reflection angle at the part meeting with the SI 200 due to the difference in refractive index, and proceeds as it is, and the light is lost to the junction part of the SI 200. You will not go out.

그리고, 일반적으로 빛은 굴절률이 작은 쪽에서 큰 쪽으로 가기 때문에 굴절률이 작은 상기 SI(200)에서 입사된 빛은 굴절률이 큰 상기 MI(100)와 만나는 부분에서 자연스럽게 출사면 쪽으로 빛이 진행되게 된다. In general, since the light goes from the smaller side toward the larger side, the light incident from the SI 200 having the smallest refractive index naturally travels toward the exit surface at the part where it meets the MI 100 having the large refractive index.

그래서 1개의 MI(100)의 적분기(Integrator)에 여러 개의 SI(200)를 붙혀서 여러 램프(300)(300')에서 나오는 광 소스를 하나로 합쳐 사용이 가능하다.Thus, by attaching several SIs 200 to an integrator of one MI 100, the light sources from several lamps 300 and 300 ′ may be combined into one.

이때, 1개의 MI(100) 및 적어도 1개 이상의 SI(200)에 각각 광 소스를 입사하는 램프(300)(300')는 해당 MI(100) 및 SI(100)(200)의 광축과 수직하게 입사되게 된다.In this case, the lamps 300 and 300 ′ that respectively enter an optical source into one MI 100 and at least one SI 200 are perpendicular to the optical axes of the MI 100 and the SI 100 and 200. Will be incident.

따라서, 본 발명에 따른 광학계 적분기의 출구는 상기 MI(100) 하나 있을 때와 SI(200)가 여러 개 있을 때와 거의 동등 수준으로 너비가 거의 변화가 없다.Therefore, the exit of the optical integrator according to the present invention has almost no change in width at almost the same level as when there is one MI 100 and when there are several SI 200.

그러므로, 종래의 여러 광원을 이용할 때 가장 문제점이었던 광원 너비(Etendue)가 커져서 광학계 효율이 급격히 떨어지거나, 또는 램프에서 입사되는 광원과 적분기의 광축이 평행하지 않아서 주광량이 기울어지게 되어 광손실이 발생되었던 문제점을 한꺼번에 해결할 수 있게 된다. Therefore, the light source width (Etendue), which is the most problematic when using various conventional light sources, becomes large, and the optical efficiency decreases drastically, or the optical axis of the light source and the integrator that is incident from the lamp is not parallel so that the amount of main light is inclined, resulting in light loss. Problems that have been solved can be solved at once.

즉, 여러 광원을 하나의 적분기로 합치면서도 광 로드 또는 광 터널의 출사면의 입구 너비가 증가하지 않으면서, 또한 입사되는 광과 적분기의 광축의 평행하여 주광량이 기울어지는 문제를 해결하고 있다. 이에 따라, 여러 광원을 쓰면서도 광학계 효율을 유지 가능하다.That is, while combining the light sources into one integrator, the inlet width of the exit surface of the light rod or the light tunnel does not increase, and the amount of main light is inclined in parallel with the incident light and the optical axis of the integrator. Accordingly, the optical system efficiency can be maintained while using various light sources.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 광학계 적분기의 광 로드는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the optical rod of the optical integrator according to the present invention has the following effects.

첫째, 2개 이상을 광원을 사용하면서도 광로드의 입구 너비를 증가시키지 않도록 구성하여 광 로드에서 출사되는 주광량을 효과적으로 증가시킬 수 있다.First, it is possible to effectively increase the amount of daylight emitted from the light rod by configuring two or more light sources, but not to increase the inlet width of the light rod.

둘째, 주광량의 증가로 인해 발생되는 램프의 수명 단축 및 높은 전력을 해결할 수 있다 Second, it is possible to solve the short life and high power of the lamp caused by the increased amount of daylight.

Claims

In the optical integrator that serves to focus the light generated from the lamp to have a certain area, the optical integrator is

A main integrator for focusing an incident light source at a position parallel to the optical axis incident from the first light source;

And a sub integrator configured to have at least one side of the main integrator, and to enter the light source incident at a position parallel to the optical axis from the at least one light source different from the first light source into the main integrator,

And the refractive index of the main integrator is set to be larger than the refractive index of the sub integrator.

The method of claim 1, wherein the main integrator and / or sub integrator is

Optical system comprising at least one or more of optical tunnel consisting of hexagonal long blocks to act as an integrator by attaching four optical rods or mirrors using total internal reflection to reflect each mirror. integrator.

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