KR20080017577A - Lighting optical system - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 조명 광학계를 나타낸 개략 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a general illumination optical system.
도 2는 반사미러에서 빛의 편향을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing the deflection of light in the reflection mirror.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨지 프리즘의 구조도이다.3 is a structural diagram of a wedge prism according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조명 광하계의 개략 구성도이다.4 is a schematic configuration diagram of an illumination light system according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
30 : 광원 31 : 반사경30: light source 31: reflector
32 : 램프 34 : 컬러휠32: lamp 34: color wheel
35a, 35b, 35c : 조명렌즈 36 : 웨지 프리즘35a, 35b, 35c: illumination lens 36: wedge prism
37 : 패널 38 : 프리즘37: Panel 38: Prism
본 발명은 영상기기의 조명 광학계에 관한 것으로, 특히 off-Axis 광학계를 사용한 조명 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an illumination optical system of an imaging device, and more particularly to an illumination optical system using an off-Axis optical system.
최근, 티브이의 대형화에 따라 프로젝션 시스템(Projection System)이 많이 연구되고 있다.Recently, as the size of TV increases, a projection system has been studied.
현존하는 프런트 프로젝션(Front Projection)과 리어 프로젝션(Rear Projection)에 적용되는 마이크로 디스플레이 소자(Micro Display Device)는 크게 투과형 LCD(Liquid Crystal Display) 패널, LCoS와 같은 반사형 LCD 패널, DMD(Digital Micro-mirror Device) 패널이 있는데, 프로젝션 시스템의 광학계는 디스플레이 소자를 몇 개 사용하느냐에 따라 단판식, 2판식, 3판식으로 구분된다.Micro Display Devices applied to existing Front Projection and Rear Projection are largely transmissive Liquid Crystal Display (LCD) panels, reflective LCD panels such as LCoS, and Digital Micro- There is a mirror device panel, and the optical system of the projection system is divided into single plate type, two plate type and three plate type according to how many display elements are used.
일반적으로, 투과형 LCD의 경우 on-Axis 조명계 설계가 가능하고, 반사형 LCD의 경우 off-Axis 조명계 설계가 가능하나, 대다수의 조명계는 on-Axis 조명계를 사용하고 있다.In general, a transmissive LCD can design an on-Axis illumination system, and a reflective LCD can design an off-Axis illumination system, but most of the illumination systems use an on-Axis illumination system.
그러나, DMD와 같은 디스플레이 소자는 구조적으로 미러의 경사각을 +10 내지 -10도로 변화시켜 광의 반사각을 2가지 모드로 변화시키는 광 스위치 디스플레이 소자로서, 미러(Mirror)의 기계적인 움직임으로 On Signal과 off Signal을 구별하기 때문에 그에 적합한 입사각을 사용하여 조명하는 off-Axis 조명계를 사용해야 한다.However, a display device such as a DMD is an optical switch display device that structurally changes the angle of inclination of the mirror to +10 to -10 degrees to change the reflection angle of the light into two modes. Since the signal is distinguished, an off-axis illumination system that uses an appropriate angle of incidence should be used.
이러한 DMD 소자를 이용한 조명계의 경우 크게 미러 렌즈(Mirror Lens)를 사용한 조명방법과 TIR 프리즘을 사용한 조명방법으로 구분된다.In the case of an illumination system using such a DMD device, the illumination system using a mirror lens and the illumination method using a TIR prism are largely classified.
도 1을 참조하여, 일반적인 조명 광학계를 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 1, a general illumination optical system will be described.
도 1은 단판식의 조명 광학계로서, 하나의 램프(2)에 타원경(1)을 이용하여 램프(2)의 빛을 집광하고 집광된 빛은 적분기(Integrator)(3)와 컬러휠(14)을 거치고, 제 1 조명렌즈(15a) 및 제 2 조명렌즈(15b)에서 모아져 빛의 경로를 편향시키는 반사미러(16)에 조명된다. 상기 반사미러(16)는 off-Axis 조명계의 설계를 위해 빛을 소정의 각도로 편향시켜 제 3 조명렌즈(15c)로 반사한다. 상기 제 3 조명렌즈(15c)에서 조명된 빛은 패널(17)로 인가되기 위하여 프리즘(18)으로 입사되고, 이 프리즘(21)의 면에서 일차적으로 반사되어 패널(19)로 입사되나, 이러한 패널(19)에서 출사된 광은 프리즘(21)을 통과하여 투사렌즈(미도시)로 전달된다.FIG. 1 is a single-plate illumination optical system, in which one
상기 패널(17)에서는 상기 광원(10)으로부터 출사된 빛이 도달할 때, 적절한 스위칭 또는 반사 등의 과정에 의하여 프로젝션 되기 위한 영상정보가 출력하고, 이러한 영상정보는 투사렌즈를 거쳐 스크린에 결상되게 입사된다. 상기 투사렌즈가 위치한 상/하 방향 중 어느 하나의 방향으로 반사 또는 굴절되어 입사된다.When the light emitted from the
도 2는 도 1의 반사미러(16)를 이용한 빛의 편향을 개략적으로 나타낸 도면으로서, off-Axis 조명계를 만들기 위해 소정의 각도로 빛을 편향시킨다.FIG. 2 is a diagram schematically illustrating deflection of light using the
도 2a에 도시된 바와 같이, 입사되는 광량, 즉 입사되는 빛의 폭(d)에 따라 반사미러(16)의 반사영역(면적)은 비례하게 된다. 따라서, 도 2b에 도시된 바와 같이, off-Axis 조명계를 만들고자 소정의 각도 θ만큼 빛을 편향시키기 위해서는 반사미러(16)의 면적이 L'< L"이 되기 때문에 더욱 커지게 되고, 이 면적이 커지는 만큼 조명 광학계 전체 시스템의 사이즈도 커져야 한다는 문제점이 있었다.As shown in FIG. 2A, the reflection area (area) of the
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, off-Axis 광학계를 사용한 조명 광학계에서 콤팩트(compact)한 조명 광학계를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a compact illumination optical system in the illumination optical system using the off-Axis optical system, which was devised to solve the above problems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명 광학계는, 백색광을 조사하는 광원, 상기 조사된 광이 입사되는 적분기, 상기 적분기를 통과한 광의 소정 파장만을 선택적으로 투과시키는 컬러휠, 상기 투과된 광을 집광하는 제 1, 2, 3 조명렌즈, 상기 조명렌즈들을 통과한 광이 입력되는 패널, 상기 제 3 조명렌즈와 패널 사이에 위치하여 광 경로를 조절하는 프리즘, 및 상기 제 1, 2 조명렌즈에서 집광된 광을 굴절하여 제 3 조명렌즈에 전달하는 웨지 프리즘(Wedge Prism)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The illumination optical system according to the present invention for achieving the above object is a light source for irradiating white light, an integrator to which the irradiated light is incident, a color wheel to selectively transmit only a predetermined wavelength of light passing through the integrator, the transmitted light First, second and third illumination lenses for condensing light, a panel through which light passing through the illumination lenses is input, a prism positioned between the third illumination lens and the panel to adjust an optical path, and the first and second illumination lenses It characterized in that it comprises a wedge prism (Wedge Prism) for refracting the light collected in the light transfer to the third illumination lens.
여기서, 상기 웨지 프리즘은 상기 제 2 조명렌즈와 상기 제 3 조명렌즈 사이에 위치하고, 입사면을 수직면으로 하고, 출사면을 경사면으로 하여 출사되는 광을 굴절하거나 또는 입사면을 경사면으로 하고, 출사면을 수직면으로 하여 출사되는 광을 굴절한다.Here, the wedge prism is located between the second illumination lens and the third illumination lens, the incident surface is a vertical plane, the exit surface is an inclined surface to refracted light or the incident surface is an inclined surface, the exit surface The light emitted is refracted.
이때, 상기 경사면의 각도는 42°이하로 하고, 상기 웨지 프리즘의 굴절률은 1.51 내지 1.52이며, 굴절 임계각은 21°내지 27°이다.At this time, the angle of the inclined surface is 42 ° or less, the refractive index of the wedge prism is 1.51 to 1.52, the refractive critical angle is 21 ° to 27 °.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 조명 광학계 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, preferred embodiments of the illumination system according to the present invention will be described.
먼저, 본 발명에 따른 웨지 프리즘을 이용한 조명 광학계는 전술한 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도시 부호를 표기한다.First, the illumination optical system using the wedge prism according to the present invention denotes the same reference numeral for the same configuration as the above-described prior art.
본 발명은 광원(10)으로부터 발생된 광을 굴절시키기 위해 웨지 프리즘을 이 용한 것에 특징이 있다..The present invention is characterized by the use of a wedge prism to refract light generated from the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨지 프리즘의 구조도이다.3 is a structural diagram of a wedge prism according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 한쪽 면이 수직인 평행 사변형의 사각형 구조로, 광이 입사되는 면을 수직면(11)으로 하고, 광이 굴절되어 출사되는 면을 경사면(12)으로 하여 출사되는 광을 굴절한다. 또한, 전술한 구조와는 반대로 입사되는 면을 경사지게 하고 출사되는 면을 수직으로 하여도 된다.As shown in FIG. 3, the light emitted from the rectangular parallelepiped structure in which one surface is vertical, the light incident surface is the
이때, 상기 경사면이 입사면 또는 출사면이 되어 입사 또는 출사되는 광을 굴절시킨다. 이 경사면의 각도는 42°이하로 조절하고, 굴절률은 1.51 내지 1.52이며, 굴절 임계각은 21°내지 27°로 한다. 그러므로, 이 경사면을 지나는 광은 전술한 굴절률과 임계각 범위로 굴절하게 된다.At this time, the inclined surface becomes an incident surface or an exit surface to refract incident or emitted light. The angle of the inclined surface is adjusted to 42 ° or less, the refractive index is 1.51 to 1.52, and the refractive critical angle is 21 ° to 27 °. Therefore, the light passing through this inclined surface is refracted in the above-described refractive index and critical angle range.
상기 웨지 프리즘의 전형적인 재료로는 유리, 폴리메틸 메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리스티렌 (poly styrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchlori de), 메틸메타아크릴레이트/스티렌 코폴리머(methacrylate/styrene copolymer)(NAS), 및 스티렌/아크릴로나이트릴 (styrene/acrylo nitrile)과 같은 대부분의 투명 재료를 포함한다.Typical materials of the wedge prism are glass, polymethyl methacrylate, polystyrene, polycarbonate, polyvinyl chloride, methyl methacrylate / styrene copolymer most transparent materials such as / styrene copolymer (NAS), and styrene / acrylo nitrile.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학계의 개략 구성도이다.4 is a schematic structural diagram of an illumination optical system according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 백색광을 조사하는 광원(30)과, 상기 조사된 광이 입사되는 적분기(integrator)(33)와, 상기 적분기를 통과한 광의 소정 파장만을 선택적으로 투과시키는 컬러휠(34)과, 상기 투과된 광을 집광하는 제 1, 2, 3 조명렌즈(35a, 35b, 35c)와, 상기 조명렌즈들(35a, 35b, 35c)을 통과한 광이 입력되는 패 널(37)과, 상기 제 3 조명렌즈(35c)와 패널 사이에 위치하여 광 경로를 조절하는 프리즘(38)과, 상기 제 1, 2 조명렌즈에서 집광된 광을 굴절하여 제 3 조명렌즈에 전달하는 웨지 프리즘(Wedge Prism)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, a
상기 광원(30)은 백색광을 발광하는 램프(32)와 상기 램프에서 발광된 광을 반사하여 적분기(33)에 집광하는 반사경(31)으로 구성된다.The
이러한 광원(30)에서 출사된 광은 상기 적분기(33)를 통과하면서 광원(30)에서 출사된 광이 균일한 조도를 가지게 된다. 또한, 이러한 적분기(33)를 통과하면서 원하는 형상으로 형상화될 수 있다.The light emitted from the
이러한 적분기(40)는 막대형의 로드 렌즈(rod lens) 또는 상자형의 미러로 이루어지는 광 터널 등이 이용될 수 있다.The integrator 40 may be a rod-shaped rod lens or an optical tunnel made of a box-shaped mirror.
이와 같이, 적분기(40)에서 균일한 조도를 가지거나, 원하는 형상으로 형상화된 출력광을 적색(R)/녹색(G)/청색(B) 광으로 분리한 후 그 분리된 R/G/B 광을 한 세트로 조사하는 컬러휠(34)과 상기 컬러휠(34)에서 분리된 광은 제 1, 제 2 조 명렌즈(35a, 35b)를 통하여 집광되고, 이러한 조명렌즈(35a, 35b)를 통과한 광은 웨지 프리즘(36)에서 소정의 각도로 굴절되어 제 3 조명렌즈(35c)로 입사된다.As such, the output light having uniform illuminance in the integrator 40 or shaped into a desired shape is separated into red (R) / green (G) / blue (B) light and then separated R / G / B. The
상기 컬러 휠(34)은 R/G/B컬러분리영역을 갖는 원 형상으로 이루어지며, 회전하면서 상기 광원(30)에서 발광된 고 휘도의 백색광을 R/G/B광으로 분리하는 작용을 하도록 구성된다.The
상기 웨지 프리즘(36)은 off-Axis 조명 광학계의 형태를 유지시키고 광의 경로를 확정해준다. 그리고 웨지 프리즘(36) 표면에 광을 확산시키는 기능을 부가하 거나 확산판을 부가하면 더욱 균일한 조명광을 얻을 수 있다.The
상기 제 3 조명렌즈(35c)를 거친 광은 패널(37)로 인가되기 위하여 프리즘(38)으로 입사된다.Light passing through the
이때, 이러한 프리즘(38)은 경계면을 지니게 되어, 상기 제 3 조명렌즈(35c)에서 전달되는 광은 프리즘(44)의 면에서 일차적으로 반사되어 패널(37)로 입사되나, 이러한 패널(37)에서 출사된 광은 프리즘(38)에서 굴절 또는 반사되어 투사렌즈(미도시)로 전달된다.At this time, the
상기 패널(37)에서는 상기 광원(30)으로부터 출사된 광이 도달할 때, 적절한 스위칭 또는 반사 등의 과정에 의하여 영상정보를 가진 광이 출력되고, 이러한 영상정보를 가진 광이 상기 프리즘(38)에서 반사 또는 굴절되는 방향에 위치한 투사렌즈(미도시)를 거쳐 스크린(미도시)에 결상되게 된다.When the light emitted from the
상기 프리즘(38)은 패널(37)의 개수에 따라 입사되는 광을 분리/합성하여 패널(37)의 제어 등에 따라 영상정보가 실린 광을 투사렌즈로 전달한다. 이 프리즘(38)은 TIR 프리즘이나 X 프리즘을 주로 사용한다.The
상기 패널(42)은 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 및 LCD(liquid crystal device) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 이러한 패널(37)은 마이크로 스위칭 소자라고 할 수 있다.The panel 42 may be any one of a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal on silicon (LCoS), and a liquid crystal device (LCD). Such a
또한, 상기 패널(37)의 종류는 액정 패널의 개수에 따라 단판식 패널, 2판식 패널 및 3판식 패널로, 광빔을 화상정보로 바꾸는 방법에 따라 투과형 패널과 반사형 패널로 나누어 질 수 있다.The
도 4에 도시된 바와 같이, 조명 광학계에서는 전술한 광학 부품의 간격들이 협소하게 배치되어 있는 구조를 취하고 있다. 따라서, off-Axis 광학계를 구성하기 위해, 조명 광학계에서 소정의 각도로 광경로를 변경시키고자 할 때는, 종래의 방식대로 반사미러를 사용하게 된다면 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 조명 광학계 전체 시스템의 크기가 커질 수 밖에 없다.As shown in FIG. 4, the illumination optical system has a structure in which the gaps of the above-described optical components are narrowly arranged. Therefore, in order to change the optical path at a predetermined angle in the illumination optical system to configure the off-Axis optical system, if the reflection mirror is used in a conventional manner, as shown in Figs. The size of the system is bound to grow.
그러나, 전술한 본 발명의 구성에 의하면, 웨지 프리즘(36)을 이용하여 조명 광학계를 구성함으로써, 콤팩트(compact)한 조명 광학계의 구성이 가능하게 되는 것이다.However, according to the configuration of the present invention described above, by configuring the illumination optical system using the
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.The above embodiment is an example for explaining the technical idea of the present invention in detail, and the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications are possible, and various embodiments of the technical idea are all protected by the present invention. It belongs to the scope.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 조명 광학계는 웨지 프리즘을 이용하여 off-Axis 조명 광학계의 형태를 유지시키면서 광을 편향시킬 수 있다.The illumination optical system according to the present invention as described above can deflect the light while maintaining the shape of the off-Axis illumination optical system using a wedge prism.
따라서, 반사미러를 이용한 조명 광학게에 비해, 부품 공간의 여유도를 증가시켜, 콤팩트한 조명 광학계를 구성할 수 있다는 효과가 있다.Therefore, compared with the illumination optical crab using the reflection mirror, the margin of component space is increased, and there is an effect that a compact illumination optical system can be comprised.
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.
Claims (7)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020060078820A KR20080017577A (en) | 2006-08-21 | 2006-08-21 | Lighting optical system |
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KR1020060078820A KR20080017577A (en) | 2006-08-21 | 2006-08-21 | Lighting optical system |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101374479B1 (en) * | 2013-02-07 | 2014-03-14 | (주)오로스 테크놀로지 | Darkfield illumination device |
-
2006
- 2006-08-21 KR KR1020060078820A patent/KR20080017577A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101374479B1 (en) * | 2013-02-07 | 2014-03-14 | (주)오로스 테크놀로지 | Darkfield illumination device |
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