KR20070012551A - 다중 방향 광학 소자 및 다중 방향 광학 소자를 이용하는광학 시스템 - Google Patents

Abstract

제1 곡률을 가지는 제1 측면과, 제2 곡률을 가지는 제2 측면과, 제3 곡률을 가지는 제3 측면 및 제4 곡률을 가지는 제4 측면을 구비하는 본체를 포함하는 다중 방향 광학 소자가 개시된다. 제2 측면은 제1 방향을 따라서 제1 측면에 대체로 대향 위치되고, 제4 측면은 제2 방향을 따라서 제3 측면에 대체로 대향 위치되고, 제2 방향은 제1 방향과 다르다. 또한, 그러한 다중 방향 광학 소자를 이용하는 광학 시스템이 개시된다.

다중 방향 광학 소자, 제1 곡률, 제1 측면, 제1 방향, 투영 시스템

Description

다중 방향 광학 소자 및 다중 방향 광학 소자를 이용하는 광학 시스템{MULTI-DIRECTIONAL OPTICAL ELEMENT AND AN OPTICAL SYSTEM UTILIZING THE MULTI-DIRECTIONAL OPTICAL ELEMENT}

본 발명은 굴절 광학 소자에 관한 것이고, 특히 마이크로디스플레이 투영 시스템에 사용될 수 있는, 적어도 두 개의 다른 방향으로 광을 굴절할 수 있는 다중 방향 광학 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 다중 방향 광학 소자를 포함하는 광학 시스템에 관한 것이다.

광학 시스템은 널리 보급되어 있고, 종종 광원 및 광학 소자의 시스템을 포함한다. 몇몇의 광학 시스템에서, 광원 또는 광원의 조립체로부터 발산되는 광 비임은 다른 방향으로 전도되는 두 개 이상의 비임으로 분할될 수 있고, 다른 하류부에서 재결합되거나 재결합되지 않을 수 있다. 다른 형태의 광학 시스템에서, 다른 광원 또는 광원 조립체로부터 발산되는 광 비임은 다른 방향들로 초기에 전도될 수 있으며, 또한 다른 하류부에서 재결합되거나 재결합되지 않을 수 있다. 그러한 다중 방향 광학 시스템은 대체로 상대적으로 복잡하고, 굴절, 반사 및 회절 광학 소자와 같이 다수의 다양한 광학 소자를 포함한다. 절첩 미러는 주로 광학 통로를 접는데 사용되고 따라서 매우 복잡한 광학 시스템의 점유공간을 감소시킨다.

본 발명은 제1 곡률을 가지는 제1 측면과, 제2 곡률을 가지는 제2 측면과, 제3 곡률을 가지는 제3 측면 및 제4 곡률을 가지는 제4 측면을 구비하는 본체를 포함하는 다중 방향 광학 소자에 관한 것이다. 제2 측면은 대체로 제1 방향을 따라서 제1 측면에 대향 위치되고, 제4 측면은 대체로 제2 방향을 따라서 제3 측면에 대향 위치되고, 제2 방향은 제1 방향과 다르다.

본 발명은 또한 제1 광원과, 제1 조사 타겟 및 다중 방향 광학 소자를 포함하는 제1 조사 채널을 포함하는 광학 시스템에 관한 것이다. 다중 방향 광학 소자는 제1 곡률을 가지는 제1 측면과, 제1 방향을 따라서 제1 측면에 대체로 대향 위치되는 제2 곡률을 가지는 제2 측면과, 제3 곡률을 가지는 제3 측면과, 제2 방향을 따라서 제3 측면에 대체로 대향 위치되는 제4 곡률을 가지는 제4 측면을 구비하는 본체를 포함한다. 다중 방향 광학 소자는 제1 채널의 광이 제1 방향의 대체로 다중 방향 광학 소자를 통해 이동하도록 제1 광원 및 제1 조사 타겟 사이에 배치된다. 그러한 광학 시스템은 제2 광원과, 제2 조사 타겟 및 다중 방향 광학 소자를 포함하는 제2 조사 채널을 더 포함한다. 다중 방향 광학 소자는 제2 채널의 광이 제1 방향과 다른 제2 방향의 대체로 다중 방향 광학 소자를 통해 이동하도록 제2 광원과 제2 조사 타겟 사이에 배치된다.

본 발명의 다중 방향 광학 소자의 이러한 태양 및 그러한 다중 방향 광학 소자를 포함하는 광학 시스템은 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 통해 본 기술분야의 당업자에게 쉽게 명백해질 수 있다.

본 발명과 관련되는 본 기술분야의 당업자들이 본 발명을 어떻게 만들고 사용하는지 더 쉽게 이해하도록, 그 예시적인 실시예가 도면을 참조로 자세히 아래에 설명된다.

도1A는 본 발명의 따라 구성된 예시적인 다중 방향 광학 소자의 개략적인 사시도이다.

도1B는 도1A에 도시된 다중 방향 광학 소자의 개략적인 단면도이다.

도2는 본 발명에 따라 구성된 예시적인 다중 방향 광학 소자를 통합하는 예시적인 3 패널 투영 시스템의 개략적인 부분도이다.

본 발명의 예시적인 실시예는 마이크로디스플레이 투영과 같은 두 개 이상의 방향으로 이동하는 광의 다중 방향 광학 시스템에 사용하기에 적당하다. 그러한 일 시스템은 본 발명과 일치하는 범위에서 본 명세서에 참조로 통합되는 "다른 칼라 채널을 위한 분리 광학 통로를 가지는 조사 시스템"이라는 제목의 대리인 정리번호 제59637US002호, 마가릴(Magarill) 등이 동시 출원하고 공동 소유하는 미국 특허 출원에 개시된다.

도1A 및 도1B는 본 발명에 따라 구성되는 예시적인 다중 방향 광학 소자(50)를 개략적으로 도시한다. 다중 방향 광학 소자(50)의 개략 사시도는 도1A에 도시된다. 도1B는 도1A에 도시된 단면을 취한 개략 단면도를 나타낸다. 이러한 예시적인 다중 방향 광학 소자는 제1 방향을 따라 서로로부터 대체로 대향 위치되는 측 면(52 및 56)을 가지고, 제2 방향을 따라 서로로부터 대체로 대향 위치되는 측면(54 및 58)을 가진다. 몇몇의 예시적인 실시예에서, 측면(52)은 측면(54)에 인접할 수 있고, 측면(56)은 측면(58)에 인접할 수 있다. 측면(52 및 54)은 제1 곡률 반경을 가질 수 있고, 측면(56 및 58)은 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 대안적으로, 측면(52 및 54)은 다른 곡률 반경을 가질 수 있고, 또한 측면(56 및 58)도 다른 곡률 반경을 가질 수 있다. 용도에 따라, 본 발명의 몇몇의 실시예의 다중 방향 소자(50)는 도1B에 도시된 4측 단면 대신, 예를 들어 6각형, 8각형 또는 다른 다중측 단면을 대략 형성하는 추가 표면(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 그러한 예시적인 실시예에서, 추가 측면은 그러한 다중 방향 광학 소자의 장착을 용이하게 하기 위해 만곡 또는 편평할 수 있고, 함몰부, 돌출부 또는 둘 다의 장착면 구조를 포함할 수 있다.

도1A를 더 참조하면, 예시적인 다중 방향 광학 소자(50)는 서로에 대해 대체로 대향 위치되는 두 개의 측면(53 및 55)을 더 포함한다. 대향면(53 및 55)은 용도에 따라 실질적으로 평면 또는 만곡되어 형성될 수 있다. 본 발명의 몇몇의 실시예에서, 대향 측면(53 및 55)은 장착을 용이하게 하기 위해 함몰부 및/또는 돌출부와 같은 표면 구조를 포함할 수 있다. 적절한 예시적인 실시예에서, 특정 용도에 바람직하도록 임의의 하나 이상의 표면 곡률은 비구면일 수 있다. 또한, 임의의 하나 이상의 표면은 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 회절 구조와 같은 마이크로구조를 포함할 수 있다.

도2에 참조로 도시된 예시적인 다중 방향 소자(50)에서, 측면(52 및 54)은 볼록하고, 측면(56 및 58)은 오목하다. 몇몇의 실시예에서, 다중 방향 광학 소자(50)는 표면(56 또는 58) 중 어느 하나에 입사하고 대향 표면(52 및 54)으로부터 나오는 광이 두 개의 다른 일반적인 방향의 실질적으로 동일한 광학 통로를 따라 이동하고 실질적으로 동일한 방식으로 굴절되도록 구성된다. 바람직하게, 두 개의 방향은 도1B에 축 X 및 Y로 도시된 바와 같이 서로에 대해 약 90도의 각도를 이루지만, 두 방향 사이의 다른 각도 또한 본 발명의 범주 내에 있고, 특히 다중 방향 요소가 단일 단면을 넘어 4측면 이상을 가진다면 특정 시스템 구성에 유용할 수 있다. 본 발명의 몇몇의 실시예에서, 광은 측면(53)으로부터 측면(55)까지 또는 그 반대로, 제3 방향을 따라서 다중 방향 소자(50)를 통해 또한 이동할 수 있다. 대안적으로, 측면(53 및 55)는 다중 방향 광학 소자를 장착하는데 사용될 수 있다.

도2는 본 발명에 따라 구성된 다중 방향 광학 소자(50)를 통합하는 3 패널 투영 시스템(100)의 일 부분을 개략적으로 도시한다. 그러한 투영 시스템은 실리콘 액정표시장치(LCoS)와 같은 반사 이미지 형성 장치로 사용될 수 있고, 각각의 칼라 채널용 광학 통로의 적어도 일 부분은 다른 칼라 채널과 공유하지 않는다. 특히, 예시적인 투영 시스템(100)은 레드 채널(105)과 그린 채널(115) 및 블루 채널(125)과 같은 다른 주요 칼라에 대응하는 채널을 포함한다. 특정 용도에 적당한 광원 및 다른 칼라의 채널을 이용하는 조사 시스템은 또한 본 발명의 범주 내에 있다.

레드 채널(105)은 레드 LED와 같은 레드 광원 또는 소스(도시되지 않음)와, 통합기(104)와, 릴레이 렌즈(106a 및 106b)와 같은 릴레이 렌즈와, 편극 비임 스플 리터(109) 및 이미지 형성 장치와 같은 조사 타겟(108)을 포함한다. 그린 채널(115)은 그린 LED와 같은 그린 광원 또는 소스(도시되지 않음)와, 통합기(114)와, 렌즈(116a 및 116b)와 같은 릴레이 렌즈와, 절첩 미러(117)와, 편극 비임 스플리터(119) 및 이미지 형성 장치와 같은 조사 타겟(118)을 포함한다. 블루 채널(125)은 블루 LED와 같은 블루 광원 또는 소스(도시되지 않음)와, 통합기(124)와, 렌즈(126a 및 126b)와 같은 릴레이 렌즈와, 편극 비임 스플리터(129) 및 이미지 형성 장치와 같은 조사 타겟(128)을 포함한다. 레드, 그린 및 블루 이미지 형성 장치(108, 118 및 128)에 의해 조절된 광은 크로스 이색성 결합기(14)를 사용하여 결합될 수 있다. 결합되고 조절된 레드, 그린 및 블루 비임은 그 후 스크린(도시되지 않음) 또는 다른 광학 소자 또는 다음 공정을 위한 장치에 이송되기 위해 투영 렌즈(18)에 의해 수집된다.

그린 채널(115) 및 블루 채널(125) 모두는 그린 및 블루 비임의 교차점에 배치되는 다중 방향 광학 소자(50)를 포함한다. 도2에 도시된 예시적인 투영 시스템에서, 릴레이 렌즈(116b)를 방출하고 절첩 미러(117)에 의해 반사되는 그린 조사 비임은 다중 방향 광학 소자(50)의 측면(56)으로 진입하고 그린 조사의 광축으로 도시된 제1 일반 방향의 측면(52)을 통해 방출한다. 동일한 예시적인 실시예의 릴레이 렌즈(126b)를 방출하는 블루 조사는 측면(58)을 통해 다중 방향 광학 소자(50)로 진입하고 블루 조사의 광축으로 도시된 제2 일반 방향의 측면(54)을 통해 방출한다. 다른 예시적인 실시예는 조사가 측면(53)으로부터 측면(55)까지 또는 그 반대로 다중 방향 광학 소자(50)를 통해 이동하도록 추가 조사 채널을 포함할 수 있고, 조사의 주 광선은 제3 일반 방향을 도시한다. 그러한 예시적인 실시예에서, 추가 측면이 장착을 위해 바람직하게 추가될 수 있다.

다른 채널로부터의 조사가 다른 일반적인 방향을 따라 다중 방향 소자를 통해 이동할 수 있기 때문에, 소자(50)는 그러한 채널의 특정 칼라를 위한 그 방향을 따라서 선택적으로 구성될 수 있다. 본 발명의 분야에서, 용어 "선택적으로 구성된"은 광학 소자의 임의의 특징부를 포함하고, 이 용어는 적어도 몇몇 도(degree)에 특정 칼라 채널의, 전송 또는 수차 교정과 같은 성능을 향상시킬 수 있는 것을 언급한다. 또한, 광학 소자는 만약 그러한 소자가 다른 조사 채널의 대응 소자와 같이 구성된다면 채널의 성능이 감소하는 그 조사 채널의 칼라를 위해 선택적으로 구성된다. 예를 들어, 소자(50)는 측면(56 및 52) 중 적어도 하나 상의 그린 반사 방지 코팅 및 측면(54 및 58) 중 적어도 하나 상의 블루 반사 방지 코팅과 같은 칼라 특정 코팅을 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇의 실시예에서, 측면(56 및 58) 중 적어도 하나의 곡률뿐만 아니라, 측면(52 및 54) 중 적어도 하나의 곡률은 칼라 수차를 더 효과적으로 감소시키기 위해 다른 칼라들과 다를 수 있다. 따라서, 4 측 광학 소자(50)는 비네팅을 최소화할 수 있고, 더 소형 시스템을 구성하는 것을 보조할 수 있고, 조사 채널의 칼라 특정 최적화에 기여할 수 있다.

도2를 기초로 하여 레드, 그린 및 블루 채널을 구비한 본 발명에 따라 구성될 수 있는 양호한 예시적인 조사 시스템은 다음의 인자들을 가질 수 있다. 이 예시적인 실시예의 모든 통합기는 약 6.1×6.1 mm 입구 단부와 약 50.0 mm 길이 및 약 6.1×10.7 mm 출구 단부의 동일한 외형을 가지고 있다. 다른 칼라 채널을 위한 통합기는 그 전송이 특정 칼라를 위해 향상되거나 비용을 감소시키도록 다른 칼라 특정 코팅으로 제조된다. 추가 절첩 미러는 릴레이 렌즈(126b)와 다중 방향 소자(50) 사이의 블루 채널과 릴레이 렌즈(106b 및 106b) 사이의 레드 채널에 삽입될 수 있다. 예시적인 양호한 시스템의 다른 인자는 표 1 내지 5에 그린, 블루 및 레드 채널 대해 도시된다.

표1. 그린 채널

표2. 예시적인 릴레이 렌즈(116b)의 비구면 계수

표3. 블루 채널

표4. 예시적인 릴레이 렌즈(126b)의 비구면 계수

표5. 레드 채널

본 발명의 다중 방향 광학 소자 및 그러한 다중 방향 광학 소자를 이용하는 광학 시스템이 특정 예시적인 실시예를 참조로 개시되었지만, 본 기술분야의 당업자는 수정 및 변경이 본 발명의 범주 및 기술 사상 내에서 만들어질 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다. 예를 들어, 다중 방향 광학 소자의 형상, 크기 및 재료는 용도에 따라 다를 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시예가 레드 그린 및 블루 채널을 참조로 개시되었지만, 칼라 채널의 다른 형태 및 갯수가 본 발명의 범주 내에서 개시된 칼라 채널 대신에 또는 추가로 사용될 수 있다.

Claims (21)

1. 제1 곡률을 가지는 제1 측면과, 제1 방향을 따라서 제1 측면에 대체로 대향 위치되는 제2 곡률을 가지는 제2 측면과, 제3 곡률을 가지는 제3 측면과, 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 제3 측면에 대체로 대향 위치되는 제4 곡률을 가지는 제4 측면을 구비하는 본체를 포함하는 다중 방향 광학 소자.
2. 제1항에 있어서, 제1 곡률은 제3 곡률과 대략 동일하고 제2 곡률은 제4 곡률과 대략 동일한 다중 방향 광학 소자.
3. 제1항에 있어서, 제1 및 제3 측면은 볼록하고, 제2 및 제4 측면은 오목한 다중 방향 광학 소자.
4. 제1항에 있어서, 제1 방향은 제2 방향에 대해 약 90도의 각도를 이루는 다중 방향 광학 소자.
5. 제1항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 곡률 중 적어도 하나는 특정 칼라의 조사를 위해 선택적으로 구성되는 다중 방향 광학 소자.
6. 제1항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 측면 중 적어도 하나 상에 배치되는 칼라 특정 코팅을 더 포함하는 다중 방향 광학 소자.
7. 제1항에 있어서, 본체는 제5 측면과, 제1 및 제2 방향과 다른 제3 방향을 따라서 제5 측면에 대체로 대향 위치되는 제6 측면을 더 포함하는 다중 방향 광학 소자.
8. 제7항에 있어서, 제5 및 제6 측면은 실질적으로 평면인 다중 방향 광학 소자.
9. 제7항에 있어서, 제5 및 제6 측면은 장착면 구조를 포함하는 다중 방향 광학 소자.
10. 제7항에 있어서, 제5 및 제6 측면은 만곡되어 형성되는 다중 방향 광학 소자.
11. 제1항에 있어서, 측면들 중 적어도 하나는 비구면 곡률을 가지는 다중 방향 광학 소자.
12. 제1항에 있어서, 측면들 중 적어도 하나는 마이크로구조를 포함하는 다중 방향 광학 소자.
13. 제1 광원과, 제1 조사 타겟 및 다중 방향 광학 소자를 포함하는 제1 조사 채널과,

    제2 광원, 제2 조사 타겟 및 제2 채널의 광이 대체로 제1 방향과 다른 제2 방향으로 다중 방향 광학 소자를 통해 이동하도록 제2 광원과 제2 조사 타겟 사이에 배치되는 다중 방향 광학 소자를 포함하는 제2 조사 채널을 포함하고,

    다중 방향 광학 소자는 제1 곡률을 가지는 제1 측면과, 제1 방향을 따라서 제1 측면에 대체로 대향 위치되는 제2 곡률을 가지는 제2 측면과, 제3 곡률을 가지는 제3 측면과, 제2 방향을 따라서 제3 측면에 대체로 대향 위치되는 제4 곡률을 가지는 제4 측면을 구비하는 본체를 포함하고, 상기 다중 방향 광학 소자는 제1 채널의 광이 대체로 제1 방향으로 다중 방향 광학 소자를 통해 이동하도록 제1 광원 및 제1 조사 타겟 사이에 배치되는 광학 시스템.
14. 제13항에 있어서, 다중 방향 광학 소자의 제1 곡률은 제3 곡률과 대략 동일하고 제2 곡률은 제4 곡률과 대략 동일한 광학 시스템.
15. 제13항에 있어서, 다중 방향 소자의 제1 및 제3 측면은 볼록하고, 제2 및 제4 측면은 오목한 광학 시스템.
16. 제13항에 있어서, 제1 방향은 제2 방향에 대해 약 90도의 각도를 이루는 광 학 시스템.
17. 제13항에 있어서, 제1 광원은 제1 칼라의 조사를 생성하고, 다중 방향 광학 소자의 제1 및 제2 곡률 중 적어도 하나는 제1 칼라의 조사를 위해 선택적으로 구성되는 광학 시스템.
18. 제17항에 있어서, 제1 광원은 제1 칼라의 조사를 생성하고, 다중 방향 소자는 제1 및 제2 측면 중 적어도 하나 상에 배치되는 제1 칼라의 조사를 위해 선택적으로 구성되는 적어도 하나의 칼라 특정 코팅을 더 포함하는 광학 시스템.
19. 제13항에 있어서, 제2 광원은 제2 칼라의 조사를 생성하고, 다중 방향 광학 소자의 제3 및 제4 곡률 중 적어도 하나는 제2 칼라의 조사를 위해 선택적으로 구성되는 광학 시스템.
20. 제19항에 있어서, 제2 광원은 제2 칼라의 조사를 생성하고, 다중 방향 소자는 제3 및 제4 측면 중 적어도 하나 상에 배치되는 제2 칼라의 조사를 위해 선택적으로 구성되는 적어도 하나의 칼라 특정 코팅을 더 포함하는 광학 시스템.
21. 제13항에 있어서, 제3 광원 및 제3 조사 타겟을 포함하는 제3 칼라 조사 채널을 더 포함하는 광학 시스템.

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