KR19990047455A

KR19990047455A - Projection type image display device

Info

Publication number: KR19990047455A
Application number: KR1019970065873A
Authority: KR
Inventors: 오승경
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 1999-07-05

Abstract

AMA 모듈을 포함하는 투사형 화상 표시 장치가 개시된다. 상기 장치는, 광선을 발생시키는 광원, 광선을 반사시키기 위한 미러들의 어레이를 갖고 각각의 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형되는 AMA 모듈, 그리고 적어도 하나의 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈를 포함하며 상기 AMA 모듈의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈계를 포함한다. 프로젝션 렌즈계의 렌즈 매수를 줄이고 렌즈의 전장을 짧게 하여 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다.Disclosed is a projection image display apparatus including an AMA module. The apparatus comprises an AMA having a light source for generating light rays, an array of mirrors for reflecting light rays and each mirror being transformed to a deformation size corresponding to the intensity of a corresponding one of the plurality of pixels displayed on the screen. And a projection lens system including at least one refractive index distribution (GRIN) lens and for projecting light reflected from each mirror of the AMA module onto the screen. The optical system can be compactly constructed by reducing the number of lenses in the projection lens system and shortening the overall length of the lens.

Description

Projection type image display device

본 발명은 투사형 화상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화상을 스크린 상에 투영하는데 사용되는 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array : AMA) 모듈을 포함하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 프로젝션 렌즈계에 굴절율 분포형(gradient index : GRIN) 렌즈를 적용함으로써 렌즈의 매수를 줄이고 렌즈의 전장을 짧게 하여 광학계를 콤팩트(compact)하게 구성할 수 있는 투사형 화상 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type image display device, and more particularly to a projection type image display device comprising an Actuated Mirror Array (AMA) module used to project an image onto a screen. The present invention relates to a projection type image display device which can compactly configure an optical system by applying a refractive index (GRIN) lens to reduce the number of lenses and shorten the overall length of the lens.

일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.In general, spatial light modulators, which are devices for projecting optical energy onto a screen, can be applied to various fields such as optical communication, image processing, and information display devices. Typically, such devices are classified into a direct-view image display device and a projection-type image display device according to a method of displaying optical energy on a screen.

직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), 디포머블 미러 디바이스(Deformable Mirror Device : DMD), 및 액츄에이티드 미러 어레이(AMA)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2 개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.An example of a direct-view image display device is a CRT (Cathode Ray Tube). The CRT device is called a CRT, which has excellent image quality but increases in weight and volume as the screen is enlarged, leading to an increase in manufacturing cost. There is. Examples of the projection image display apparatus include a liquid crystal display (LCD), a deformable mirror device (DMD), and an actuated mirror array (AMA). Such projection image display devices can be further divided into two groups according to their optical characteristics. That is, devices such as LCDs can be classified as transmissive spatial light modulators, while DMD and AMA can be classified as reflective spatial light modulators.

LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다.Transmission optical modulators, such as LCDs, have a very simple optical structure, which makes them thinner, lighter in weight, and smaller in volume. However, due to the polarity of the light, the light efficiency is low, there is a problem inherent in the liquid crystal material, for example, there is a disadvantage that the response speed is slow and the inside is easy to overheat. In addition, the maximum light efficiency of existing transmission light modulators is limited to a range of 1-2%, requiring dark room conditions to provide acceptable display quality.

DMD 및 AMA와 같은 광 변조기는 전술한 LCD 타입의 광 변조기가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위하여 개발되었다. DMD는 5％ 정도의 비교적 양호한 광효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생한다. 또한, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다.Optical modulators such as DMD and AMA have been developed to solve the problems of the aforementioned LCD type optical modulators. DMD shows a relatively good light efficiency of about 5%, but serious fatigue problems are caused by the hinge structure employed in the DMD. In addition, there is a disadvantage that a very complicated and expensive driving circuit is required.

AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광효율(10% 이상의 광효율)을 얻을 수 있다. 또한, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)가 향상되어 보다 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.In the AMA, each of the mirrors installed therein reflects light incident from the light source at a predetermined angle, and the reflected light is projected on the screen through an aperture such as a slit or a pinhole. It is a device that can adjust the speed of light to form an image. Therefore, its structure and operation principle are simple, and high light efficiency (more than 10% light efficiency) can be obtained compared to LCD or DMD. In addition, the contrast of the image projected on the screen is improved to obtain a brighter and clearer image.

AMA의 각 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 신호에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃) 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한, PMN(Pb(Mg, Nb)O₃) 등의 전왜 물질을 사용하여 상기 액츄에이터를 구성할 수도 있다.Each actuator of the AMA generates a deformation in accordance with the electric field generated by the applied electric picture signal and the bias signal. As the actuator deforms, each of the mirrors mounted thereon is tilted. Accordingly, the inclined mirrors reflect light incident from the light source at a predetermined angle to form an image on the screen. Piezoelectric materials such as PZT (Pb (Zr, Ti) O ₃ ) or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O ₃ ) are used as actuators for driving the respective mirrors. Further, the actuator may be configured by using a warping material such as PMN (Pb (Mg, Nb) O ₃ ).

이러한 AMA는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 상기 벌크형 AMA는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 AMA는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 벌크형 AMA는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형층의 응답이 느리다는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 AMA가 개발되었다. 예를 들면, 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제95-13353호(발명의 명칭 : 광로 조절 장치의 제조 방법)에 이러한 박막형 AMA가 개시되어 있다.These AMAs are largely divided into bulk type and thin film type. Such bulk AMA is disclosed in US Pat. No. 5,085,497 to Gregory Um et al. The bulk AMA is made by thinly cutting a multilayer ceramic to mount a ceramic wafer having a metal electrode formed therein in an active matrix in which a transistor is built, and then processing by a sawing method and installing a mirror thereon. However, bulk AMA requires very high precision in design and manufacture, and has a disadvantage of slow response of the strained layer. Accordingly, recently, a thin film type AMA that can be manufactured using a semiconductor manufacturing process has been developed. For example, such a thin film type AMA is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13353 filed by the applicant of the Korean Patent Office.

상기 박막형 AMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액츄에이터(thin film piezoelectric actuator)를 이용하는 반사형 광 변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000 개 이상의 화소(pixel)에 결쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 박막형 AMA는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 나타내는 640×480 화소의 판(panel)들로 구성된다. 상기 화소들은 광효율을 높이도록 미러 표면적을 최대화하기 위해서 컨틸레버(cantilever) 구조물로 고안된다. 컨틸레버 구조물은 화상 신호가 인가되는 액티브 매트릭스 및 인가된 신호에 의해 작동되는 미러를 포함한다.The thin film type AMA is a reflective type optical modulator using a thin film piezoelectric actuator in connection with microscopic mirrors. The thin film type AMA combines more than 300,000 pixels of a single plate type mirror to achieve evenness of large scale integration. It has been developed to have. The thin film type AMA is composed of 640x480 pixels representing red (R), green (G), and blue (B), respectively. The pixels are designed as a cantilever structure to maximize the mirror surface area to increase the light efficiency. The container structure includes an active matrix to which an image signal is applied and a mirror operated by the applied signal.

단판식(single panel) 박막형 AMA 모듈을 포함하는 종래의 투사형 화상 표시 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)는 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(metal halide lamp)(11), 상기 램프(11)로부터 광선을 반사시키기 위한 반사경(reflector)(15), 상기 램프(11)로부터 방출된 광선을 집광시키기 위한 소오스 렌즈(12), 광선을 통과시키기 위한 개구(aperture)를 갖고 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱(13), 상기 소오스 스톱(13)을 통과한 광선의 경로를 1차적으로 변경시키기 위한 소오스 미러(14), 상기 소오스 스톱(13)의 이미지를 프로젝션 스톱(20)에 1：1로 대응시키기 위한 필드 렌즈(16), 미러들의 어레이로 구성되며 상기 필드 렌즈(16)로부터 조사되는 광선의 세기를 변조시키기 위한 AMA 모듈(18), 광선을 통과시키기 위한 개구를 가지며 상기 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(20), 그리고 상기 프로젝션 스톱(20)을 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈계(22)를 포함한다.A conventional projection type image display device including a single panel thin film type AMA module is shown in FIG. Referring to FIG. 1, a conventional projection type image display apparatus 10 includes a metal halide lamp 11 of 170 W to 250 W for emitting light, and a reflector for reflecting light from the lamp 11. reflector 15, a source lens 12 for condensing the light rays emitted from the lamp 11, a source stop 13 for determining the amount of light rays forming an image with apertures for passing the light rays ), A source mirror 14 for primarily changing the path of the light ray passing through the source stop 13, and a field for mapping the image of the source stop 13 to the projection stop 20 at 1: 1. A lens module 16, an array of mirrors and having an AMA module 18 for modulating the intensity of the light emitted from the field lens 16, having an opening for passing the light beam and concentrating the flux of the modulated light beam. Projection for Top (20), and a projection lens system 22 for projecting a light beam passing through the stop projection (20) on a screen (not shown).

상술한 구조를 갖는 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)의 동작 원리를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the conventional projection type image display apparatus 10 having the above-described structure will be described with reference to FIG. 1 as follows.

먼저, 할로겐 금속 램프(11)로부터 방출되는 광선이 소오스 렌즈(12)에 의해 집광된 후, 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 소오스 미러(14)로 조사되어 그 광로가 1차적으로 변경된다. 상기 소오스 미러(14)에 의해 반사된 광선은 필드 렌즈(16)를 통해 평행광으로 AMA 모듈(18) 상에 조사된다. AMA 모듈(18)의 각각의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라서 진동하거나 기울어지거나 또는 구부러진다. 이에 따라, 필드 렌즈(16)를 통과한 광선은 상기 미러들로부터 반사된 후 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하여 프로젝션 렌즈계(22)를 통해 스크린 상에 투사됨으로써 화상을 형성한다.First, light rays emitted from the halogen metal lamp 11 are collected by the source lens 12, and then irradiated through the opening of the source stop 13 to the source mirror 14 so that the optical path is primarily changed. . The light reflected by the source mirror 14 is irradiated onto the AMA module 18 with parallel light through the field lens 16. Each mirror of the AMA module 18 vibrates, tilts or bends according to a signal applied to an actuator provided thereunder. Accordingly, light rays passing through the field lens 16 are reflected from the mirrors and then passed through the opening of the projection stop 20 to be projected onto the screen through the projection lens system 22 to form an image.

이때, 각각의 미러들로부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(20)에 대한 AMA 모듈(18)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.At this time, the path of the light beam reflected from each mirror determines the intensity of the light beam passing through the opening of the projection stop 20. That is, the flux of the light rays passing through the opening of the projection stop 20 is controlled by the direction of the mirror of the AMA module 18 with respect to the projection stop 20.

상술한 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)에 의하면, 프로젝션 렌즈계(22)를 구성하는 렌즈의 매수가 많기 때문에 렌즈의 전장이 길어진다. 따라서, 색수차가 발생하고 광학계의 크기가 커지게 된다.According to the conventional projection type image display apparatus 10 described above, the total length of the lens becomes long because the number of lenses constituting the projection lens system 22 is large. Therefore, chromatic aberration occurs and the size of the optical system becomes large.

따라서, 본 발명의 목적은 프로젝션 렌즈계의 렌즈 매수를 줄이고 렌즈의 전장을 짧게 하여 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있는 투사형 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a projection type image display apparatus which can compactly configure the optical system by reducing the number of lenses of the projection lens system and shortening the overall length of the lens.

도 1은 종래의 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional projection type image display apparatus.

도 2는 본 발명에 의한 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing a projection image display device according to the present invention.

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

100 : AMA 광학계 111 : 램프100: AMA optical system 111: lamp

112 : 소오스 렌즈 113 : 소오스 스톱112: source lens 113: source stop

114 : 소오스 미러 115 : 반사경114: source mirror 115: reflector

116 : 필드 렌즈 118 : AMA 모듈116: field lens 118: AMA module

120 : 프로젝션 스톱 122 : 프로젝션 렌즈계120: projection stop 122: projection lens system

125 : 굴절율 분포형 렌즈125: refractive index distribution lens

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선을 발생하기 위한 광원; 광선을 반사시키기 위한 미러들의 어레이를 갖고 각각의 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형되는 AMA 모듈; 그리고 적어도 하나의 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈를 포함하며 상기 AMA 모듈의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈계를 포함하는 하는 투사형 화상 표시 장치를 제공한다.The present invention to achieve the above object, a light source for generating a light ray; An AMA module having an array of mirrors for reflecting light rays and each mirror being modified to a deformation size corresponding to the intensity of a corresponding one of the plurality of pixels displayed on the screen; And a projection lens system including at least one refractive index distribution lens (GRIN) and projecting a light beam reflected from each mirror of the AMA module onto the screen.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 프로젝션 렌즈계에 적어도 하나의 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈를 구비함으로써, 렌즈 매수를 종래의 1/3 수준으로 줄일 수 있어 고성능화를 구현할 수 있다. 또한, 렌즈의 전장을 줄일 수 있어 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 굴절율이 광축에서 반경 방향으로 변하는 방사형 굴절율 분포형 렌즈를 사용하여 색수차를 보정할 수 있다.As described above, according to the projection type image display device according to the present invention, by providing at least one refractive index distribution (GRIN) lens in the projection lens system, the number of lenses can be reduced to about 1/3 of the conventional level, thereby achieving high performance. . In addition, the total length of the lens can be reduced, so that the optical system can be compactly configured, and chromatic aberration can be corrected by using a radial refractive index distribution lens in which the refractive index changes in the radial direction from the optical axis.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 단판식 박막형 AMA 모듈을 포함하는 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도로서, 단판식 단색(monochrome) 시스템을 예시한다.Fig. 2 is a schematic diagram showing a projection type image display apparatus including a single plate type thin film type AMA module according to the present invention, illustrating a single plate type monochrome system.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치(100)는 광선을 방출하기 위한 램프(111), 소오스 렌즈(112), 소오스 스톱(113), 소오스 미러(114), 반사경(115), 필드 렌즈(116), AMA 모듈(118), 프로젝션 스톱(120), 그리고 프로젝션 렌즈계(122)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the projection image display apparatus 100 according to the present invention includes a lamp 111 for emitting light rays, a source lens 112, a source stop 113, a source mirror 114, and a reflector 115. , Field lens 116, AMA module 118, projection stop 120, and projection lens system 122.

광선을 방출하기 위한 상기 램프(111)는, 바람직하게는, 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 상기 반사경(115)은 소오스 렌즈(112)에 대해 반대 방향으로 램프(111)로부터 방출되는 광선을 반사시켜 다시 소오스 렌즈(112)로 향하게 하는 역할을 한다.The lamp 111 for emitting light is preferably a 170 W to 250 W halogen metal lamp that emits long wavelength infrared (LWIR) to ultraviolet (UV) light in the spectrum. The reflector 115 serves to reflect the light emitted from the lamp 111 in the opposite direction with respect to the source lens 112 so as to be directed back to the source lens 112.

상기 소오스 렌즈(112)는 상기 램프(111)로부터 방출되는 광선을 집광시키는 역할을 한다. 소오스 스톱(113)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 갖는다. 상기 소오스 스톱(113)은 화상을 형성하는 광선의 양을 결정한다. 소오스 미러(114)는 소오스 스톱(113)을 통과한 광선을 반사하여 그 광로를 AMA 모듈(118)로 향하도록 변경시키는 역할을 한다.The source lens 112 collects light rays emitted from the lamp 111. The source stop 113 is an optically opaque member and has an opening formed to allow light to pass therethrough. The source stop 113 determines the amount of light that forms the image. The source mirror 114 serves to reflect the light beams passing through the source stop 113 and direct its light path toward the AMA module 118.

상기 필드 렌즈(116)는 상기 소오스 스톱(113)의 이미지가 프로젝션 스톱(120)에 1：1로 대응되도록 하기 위하여, 상기 소오스 스톱(113)을 통과한 각각의 광선을 광 손실 없이 AMA 모듈(118)로 조사하는 역할을 한다.The field lens 116 transmits each ray passing through the source stop 113 without light loss so that the image of the source stop 113 corresponds to the projection stop 120 at 1: 1. 118).

상기 AMA 모듈(118)은 조사된 광선을 반사시키기 위한 미러들의 어레이를 갖는다. 각각의 미러는 그 하부에 형성된 액츄에이터에 인가되는 신호에 따라 광선의 세기를 변조한다. 즉, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중에서 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형된다.The AMA module 118 has an array of mirrors for reflecting the irradiated light rays. Each mirror modulates the light intensity in accordance with a signal applied to an actuator formed thereunder. That is, each mirror is deformed to a deformation size corresponding to the intensity of the corresponding one pixel among the plurality of pixels displayed on the screen.

상기 프로젝션 스톱(120)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 상기 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 AMA 모듈(118)의 각 미러로부터 반사된 광선의 세기를 제어한다.The projection stop 120 is an optically opaque member, and has an optically reflective surface and an opening formed to pass a light beam. Preferably, the opening is a pinhole or slit. The flux of light rays passing through the opening of the projection stop 120 controls the intensity of light rays reflected from each mirror of the AMA module 118.

상기 프로젝션 렌즈계(122)는 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다. 본 발명에서 상기 프로젝션 렌즈계(122)는 적어도 하나의 GRIN 렌즈(125)를 포함한다.The projection lens system 122 projects a ray passing through the opening of the projection stop 120 on a screen (not shown) to display an image corresponding thereto. In the present invention, the projection lens system 122 includes at least one GRIN lens 125.

굴절율 분포형(GRIN) 렌즈란 약 50∼100mm 정도의 두께를 갖는 얇고 유연성있는 중합체 막(polymeric film)이 혼합되어 굴절율이 반향에 따라 분포됨으로써 광을 집속시키거나 발산시키는 렌즈를 말한다. 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈는 크게, 굴절율이 축 방향 분포를 갖는 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈, 방사형 경사도(radial gradient)를 갖는 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈 및 구형 경사도(spherical gradient)를 갖는 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈로 분류된다. 상기 축 경사도의 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈는 빛의 진행 방향이나 광축 방향에 따라 굴절율 분포를 가지며, 구면 수차나 구면 색수차의 보정에 용이하다. 상기 방사형 경사도의 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈는 광축에서 반경 방향으로 굴절율 분포를 가지며 색수차의 보정에 용이하다. 상기 구형 경사도의 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈는 임의의 점에 대해 대칭적인 굴절율 분포를 갖는다. 본 발명에서는, 색수차를 보정하기 위하여 상기 프로젝션 렌즈계(122)에 방사형 경사도의 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈(125)를 적용한다.A refractive index distribution (GRIN) lens refers to a lens that focuses or diverges light by mixing a thin flexible polymer film having a thickness of about 50 to 100 mm and dispersing the refractive index according to reflection. A refractive index distribution (GRIN) lens is largely a refractive index distribution (GRIN) lens having a refractive index axial distribution, a refractive index distribution (GRIN) lens having a radial gradient, and a refractive index having a spherical gradient. It is classified as a GRIN lens. The refractive index distribution (GRIN) lens of the axial gradient has a refractive index distribution according to the traveling direction or the optical axis direction of light, and is easy to correct spherical aberration or spherical chromatic aberration. The radial gradient refractive index (GRIN) lens has a refractive index distribution radially from the optical axis and is easy to correct chromatic aberration. The spherical gradient refractive index (GRIN) lens has a refractive index distribution symmetric about any point. In the present invention, in order to correct chromatic aberration, a radial refractive index distribution (GRIN) lens 125 is applied to the projection lens system 122.

굴절율 분포형(GRIN) 렌즈의 광학적 성질은 렌즈 구조가 아닌 그 물질 자체 내에서의 굴절율의 변화로부터 얻어진다. 즉, 제조 공정 동안 중합체 내에서 화학적 구조에의 변경이 일어나며, 이 변경의 정도가 형성되는 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈의 굴절율 분포를 결정한다. 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈는 기존의 표면 양각 렌즈들에 비해 훨씬 작고 랜덤하게 정렬될 수 있어, 화질을 개선시키는 장점을 갖는다. 또한, 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈는 얇고 유연하여 광학계에 매우 쉽게 집적시킬 수 있다.The optical properties of a refractive index distribution (GRIN) lens are obtained not from the lens structure but from a change in the refractive index within the material itself. That is, a change in chemical structure occurs in the polymer during the manufacturing process, and the refractive index distribution of the refractive index distribution (GRIN) lens in which the degree of the change is formed is determined. Refractive index distribution (GRIN) lenses can be much smaller and randomly aligned than conventional surface relief lenses, which has the advantage of improving image quality. In addition, the refractive index distribution (GRIN) lens is thin and flexible and can be easily integrated into the optical system.

이하, 상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치(100)의 작동 원리를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation principle of the projection image display apparatus 100 according to the present invention having the above-described structure will be described with reference to FIG. 2.

먼저, 할로겐 금속 램프(111)로부터 방출되는 광선이 소오스 렌즈(112)에 의해 집광된 후, 소오스 스톱(113)의 개구를 통과하여 소오스 미러(114)로 조사되어 그 광로가 1차적으로 변경된다. 상기 소오스 미러(114)에 의해 반사된 광선은 필드 렌즈(116)를 통해 평행광으로 AMA 모듈(118) 상에 조사된다.First, light rays emitted from the halogen metal lamp 111 are collected by the source lens 112, and then irradiated through the opening of the source stop 113 to the source mirror 114 so that the optical path is primarily changed. . The light reflected by the source mirror 114 is irradiated onto the AMA module 118 through parallel light through the field lens 116.

만일, 상기 AMA 모듈(118)의 각 액츄에이터에 신호가 인가되지 않으면(즉, 0V 상태), 그에 대응되는 미러가 진동하거나 기울어지거나 또는 구부러지지 않는다. 그 결과, 상기 AMA 모듈(118)의 각 미러에 의해 반사된 광선은 프로젝션 스톱(120)에 벗어나 상을 맺게 되므로 스크린 상에 도달하지 못한다.If a signal is not applied to each actuator of the AMA module 118 (ie, 0V state), the corresponding mirror does not vibrate, tilt or bend. As a result, the light rays reflected by each mirror of the AMA module 118 are imaged off the projection stop 120 and thus cannot reach the screen.

상기 AMA 모듈(118)의 각 액츄에이터에 최대 신호보다 적은 신호가 인가될 경우, 그에 대응되는 미러가 소정의 경사각을 가지고 틸팅됨으로써 입사되는 광선 중의 일부만이 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과한다. 따라서, AMA 모듈(118)의 각 미러에 의해 반사된 광선 중의 일부는 프로젝션 스톱(120)의 전면에 의해 반사되고, 그 나머지의 광선이 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하여 스크린 상에 투사된다.When a signal smaller than the maximum signal is applied to each actuator of the AMA module 118, only a part of the incident light beams passes through the opening of the projection stop 120 because the corresponding mirror is tilted with a predetermined inclination angle. Thus, some of the light rays reflected by each mirror of the AMA module 118 are reflected by the front surface of the projection stop 120, and the remaining light rays are projected on the screen through the opening of the projection stop 120. .

상기 AMA 모듈(118)의 각 액츄에이터에 최대 신호가 인가될 경우, 그에 대응되는 미러가 완전히 기울어져서 입사된 광선이 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하도록 조준된다. 그 결과, AMA 모듈(118)의 각 미러에 의해 반사된 광선은 그 전량이 모두 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈계(122)에 의해 스크린 상에 투사된다. 이때, 각각의 미러들로부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(120)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(120)에 대한 AMA 모듈(118)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.When the maximum signal is applied to each actuator of the AMA module 118, the mirror corresponding thereto is tilted completely so that the incident light beam is directed through the opening of the projection stop 120. As a result, the light rays reflected by each mirror of the AMA module 118 are projected onto the screen by the projection lens system 122 after all of the light passes through the opening of the projection stop 120. At this time, the path of the light beam reflected from each mirror determines the intensity of the light beam passing through the opening of the projection stop 120. That is, the flux of the light rays passing through the opening of the projection stop 120 is controlled by the direction of the mirror of the AMA module 118 relative to the projection stop 120.

여기서, 도 2는 단판식 AMA를 사용한 단색 시스템을 예시하고 있으나, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 단판식 컬러 시스템이나 다판식 컬러 시스템을 사용할 수 있다.Here, FIG. 2 illustrates a monochromatic system using a single plate AMA, but according to another preferred embodiment of the present invention, a single plate color system or a multi plate color system may be used.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 프로젝션 렌즈계에 적어도 하나의 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈를 구비함으로써, 렌즈 매수를 종래의 1/3 수준으로 줄일 수 있어 고성능화를 구현할 수 있다. 또한, 렌즈의 전장을 줄일 수 있어 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 굴절율이 광축에서 반경 방향으로 변하는 방사형 굴절율 분포형(GRIN) 렌즈를 사용하여 색수차를 보정할 수 있다.As described above, according to the projection type image display device according to the present invention, by providing at least one refractive index distribution (GRIN) lens in the projection lens system, the number of lenses can be reduced to about 1/3 of the conventional level, thereby achieving high performance. . In addition, the overall length of the lens can be reduced, so that the optical system can be compactly configured, and chromatic aberration can be corrected by using a radial refractive index distribution (GRIN) lens having a refractive index varying in the radial direction from the optical axis.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims

A light source 111 for generating light rays;

An actuated mirror array (AMA) module having an array of mirrors for reflecting light rays, each mirror deformed to a deformation size corresponding to the intensity of a corresponding one of the plurality of pixels displayed on the screen; 118); And

A projection lens system including at least one refractive index distribution (GRIN) lens 125 and a projection lens system 122 for projecting light reflected from each mirror of the AMA module 118 onto the screen Image display device.

2. The projection image display device according to claim 1, wherein the refractive index distribution lens is a lens having a refractive index distribution along the radial direction in the optical axis.