KR20140143507A - 초소형 프로젝션 시스템 - Google Patents

초소형 프로젝션 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20140143507A
KR20140143507A KR20130065091A KR20130065091A KR20140143507A KR 20140143507 A KR20140143507 A KR 20140143507A KR 20130065091 A KR20130065091 A KR 20130065091A KR 20130065091 A KR20130065091 A KR 20130065091A KR 20140143507 A KR20140143507 A KR 20140143507A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wire grid
lens
grid film
light source
optical modulator
Prior art date
Application number
KR20130065091A
Other languages
English (en)
Inventor
이동진
권혁렬
Original Assignee
주식회사 엔투에이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엔투에이 filed Critical 주식회사 엔투에이
Priority to KR20130065091A priority Critical patent/KR20140143507A/ko
Publication of KR20140143507A publication Critical patent/KR20140143507A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/142—Adjusting of projection optics
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133528—Polarisers
    • G02F1/133548—Wire-grid polarisers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 높은 광효율을 갖는 초소형 프로젝터용 광학 시스템에 관한 것이다. 상기 초소형 프로젝션 시스템은, 반도체 발광소자로 이루어지는 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 광모듈레이터; 상기 광모듈레이터로부터 출사되는 이미지를 확대 투영하는 투사렌즈계; 상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 상에 위치하며, 플라스틱 필름에 제1 와이어가 소정 주기로 배열되어 편광 분리 기능을 갖는 제1 와이어 그리드 필름; 상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 또는 상기 광모듈레이터와 상기 투사렌즈계 사이의 광경로 상에 위치하며, 플라스틱 필름에 제2 와이어가 소정 주기로 배열되어 편광 분리 기능을 갖는 제2 와이어 그리드 필름; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 높은 광학적 효율을 가지면서 색얼룩이 없고 높은 명암비를 갖는 초소형 프로젝션 시스템을 제공할 수 있다.

Description

초소형 프로젝션 시스템 {Micro projection system}
본 발명은 높은 광효율을 갖는 초소형 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
프로젝터(projector)는 영상을 확대하여 스크린에 비추어주는 기기를 말한다. 최근에는 휴대용 프로젝터가 등장하여 시간과 장소에 제한 없이 영화나 드라마 등의 영상을 감상할 수 있게 되었다.
도 1은 종래의 초소형 프로젝터용 광학 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
상기 초소형 프로젝터용 광학 시스템(또는 광학 시스템)은 광원(1)으로부터 빛을 받아서 광모듈레이터(20)에서 영상을 만들고, 이러한 영상을 투사렌즈군(30)을 통해 스크린에 투영하는 구조를 갖고 있다.
이러한 광학 시스템에서, 광원(1)으로는 주로 LED(발광 다이오드)가 사용되고, 이미지를 형성하는 광모듈레이터(20)로는 LCOS(Liquid Crystal On Silicon)가 사용되었다.
LCOS는 반사형 패널이기 때문에 광원(1)으로부터 빛을 받아서 영상을 만들고, 이러한 영상을 다시 투사렌즈군(30)으로 보내기 위해서는 편광 광선 분할기(Polarizing Beam Splitter; PBS)(10)를 사용해서 광원으로부터 출사되는 광경로를 90°바꿔주었다. PBS는 직육면체의 글라스 소자로서 내부의 대각선 면에 편광분리막(11)이 형성되어 있어서, 입사광을 P편광과 S편광으로 분리한다.
광모듈레이터(20)인 LCOS는 편광을 이용해서 이미지를 형성하는 소자이다. 광모듈레이터(20)에서 형성된 이미지광이 출사할 때, 이러한 출사광은 편광의 위상이 90°변화되고 편광 광선 분할기(10)를 통과해서 투사렌즈군(30)으로 입사하게 된다.
그러나, 이러한 편광 광선 분할기(10)는 광의 입사각(Angle of Incidence)에 따라 그 투사율이 크게 요동치는 문제점이 있다. 편광 광선 분할기(10)는 편광의 입사각 2 내지 5°에서 파장에 따라 투과율/반사율이 요동친다. 편광 광선 분할기(10)의 경우 중앙에 비해서 외곽 쪽의 입사각들에 변화가 많게 된다. 이 때문에, 편광 광선 분할기(10)의 외곽부는 파장 별로 P편광과 S편광이 섞이는 비율이 중앙부에 비해 그 변화가 심해서, 결과적으로 화면의 외곽부는 중앙부에 비해 얼룩지고 색이 편색되어 보이게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제는 편광 광선 분할기(10)의 입사쪽과 출사쪽에 각각 편광판(15, 16)을 배치하여 어느 정도 해결이 가능하지만, 편광판(15, 16)의 투과율이 80~85%에 머무는 만큼 편광판으로 인해 전체 광학 시스템의 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 편색이 없는 깨끗한 화면을 얻을 수 있으면서 광학적 효율이 우수한 초소형 프로젝션 시스템을 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 초소형 프로젝션 시스템은, 반도체 발광소자로 이루어지는 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 광모듈레이터; 상기 광모듈레이터로부터 출사되는 이미지를 확대 투영하는 투사렌즈계; 상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 상에 위치하며, 플라스틱 필름에 제1 와이어가 소정 주기로 배열되어 편광 분리 기능을 갖는 제1 와이어 그리드 필름; 상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 또는 상기 광모듈레이터와 상기 투사렌즈계 사이의 광경로 상에 위치하며, 플라스틱 필름에 제2 와이어가 소정 주기로 배열되어 편광 분리 기능을 갖는 제2 와이어 그리드 필름;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 상에서, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 전단에 광축에 수직하게 위치하며 편광 분리 기능을 갖는 제2 와이어 그리드 필름; 을 더 포함하고, 상기 제2 와이어는 상기 제1 와이어에 대해 90°만큼 회전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광모듈레이터와 상기 투사렌즈계 사이의 광경로 상에서, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 후단에 광축에 수직하게 위치하며 편광 분리 기능을 갖는 제2 와이어 그리드 필름; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 와이어 및 제2 와이어는 50 내지 200nm 주기로 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 상기 플라스틱 필름은 0.2 내지 0.6mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투사렌즈계는 2개의 렌즈군으로 구성되며, 상기 제1 와이어 그리드 필름은 상기 2개의 렌즈군 사이에 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투사렌즈계는 적어도 1개의 구면렌즈를 포함하는 제1 렌즈군과, 적어도 3개의 비구면 렌즈를 포함하는 제2 렌즈군으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 상에서, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 전후에 광의 진행방향에 대해서 반대 방향으로 볼록한 제1 필드 렌즈와 제2 필드 렌즈가 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광모듈레이터와 상기 투사렌즈계 사이의 광경로 상에서, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 전후에 광의 진행방향으로 볼록한 렌즈가 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광모듈레이터는 엘코스(LCOS) 패널인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 2장의 와이어 그리드 필름의 사용에 의해 높은 광학적 효율을 가지면서 색얼룩이 없고 높은 명암비를 갖는 초소형 프로젝션 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 초소형 프로젝터용 광학 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초소형 프로젝션 시스템의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은 도 2에서 제1 와이어 그리드 필름의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4a는 수직 입사시의 와이어 그리드 필름에서 P편광의 투과율을 도시하는 그래프이다.
도 4b는 수직 입사시의 와이어 그리드 필름에서 S편광의 투과율을 도시하는 그래프이다.
도 5a는 도 2의 제2 와이어 그리드 필름의 예시적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 5b는 도 2의 제1 와이어 그리드 필름의 예시적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 2에서 투사렌즈계의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초소형 프로젝션 시스템의 구성을 도시하는 평면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초소형 프로젝션 시스템의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 3은 도 2에서 제1 와이어 그리드 필름의 구성을 도시하는 도면이다. 도 4a는 수직 입사시의 와이어 그리드 필름에서 P 편광의 투과율을 도시하는 그래프이다. 도 4b는 수직 입사시의 와이어 그리드 필름에서 S 편광의 투과율을 도시하는 그래프이다. 도 5a는 도 2의 제2 와이어 그리드 필름의 예시적인 구성을 도시하는 도면이다. 도 5b는 도 2의 제1 와이어 그리드 필름의 예시적인 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 초소형 프로젝션 시스템(또는 프로젝션 시스템)(100)은 광원(110), 광모듈레이터(130), 제1 와이어 그리드 필름(140), 제2 와이어 그리드 필름(150), 투사렌즈계(160) 등을 포함한다.
광원(110)은 반도체 발광소자로 이루어질 수 있다. 광원(110)은 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode; LD) 또는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)로 이루어질 수 있다.
광모듈레이터(130)는 광원(110)으로부터 출사되는 광을 이용하여 이미지를 형성한다. 광모듈레이터(130)는 예를 들어, LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 패널일 수 있다. LCOS는 반사형 패널이기 때문에 광원(110)으로부터 빛을 받아서 이미지를 형성하고, 이러한 이미지를 다시 투사렌즈계(160)으로 보낸다.
투사렌즈계(160)는 광모듈레이터(130)로부터 출사되는 이미지를 확대 투영한다. 투사렌즈계(160)는 제2 필드렌즈(161), 제2 렌즈(162), 제3 렌즈(163), 제4 렌즈(164) 등 복수의 렌즈로 이루어질 수 있다.
제1 와이어 그리드 필름(Wire Grid Film)(140)은 광원(110)과 광모듈레이터(130) 사이의 광경로 상에 위치하고 편광 분리 기능을 갖는다. 광원(110)으로부터 출사되는 광은 제1 와이어 그리드 필름(140)에서 편광 분리되고, 광원(110)으로부터의 광축과 90°를 이루는 광모듈레이터(130)로 반사되어 입사될 수 있다. 광모듈레이터(130)는 이러한 광을 이용하여 이미지를 형성하고, 형성된 이미지는 투사렌즈계(160)를 통해 확대 투영된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 와이어 그리드 필름(140)은 투명한 플라스틱 필름(141)에 와이어(또는 제1 와이어)(142)가 스트라이프 형태로 소정 주기로 배열된 형태를 갖는다. 제1 와이어(142)는 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 등의 금속으로 형성된다.
제1 와이어 그리드 필름(140)은 이러한 제1 와이어(142)에 의해 편광 분리 기능을 갖는다. 제1 와이어(142)의 배열 주기가 입사되는 광의 파장보다 매우 작다면 제1 와이어(142)에 평행하게 편파된 광(S 편광)은 제1 와이어(142)의 반사 특성에 의해 반사되고, 제1 와이어(142)에 수직하게 편파된 광(P 편광)은 투과된다.
제1 와이어 그리드 필름(140)으로 입사되는 광의 파장이 400 내지 700nm 대역의 가시광선인 경우, 제1 와이어(142)가 배열되는 주기는 50 내지 200nm, 바람직하게는 100 내지 150nm일 수 있다.
도 2의 평면도에서, 제1 와이어 그리드 필름(140)은 광모듈레이터(130)가 있는 방향으로 광축에 대해 45°로 비스듬하게 위치되어, P 편광은 투과되고, S 편광은 제1 와이어 그리드 필름(140)에서 반사되어 광모듈레이터(130)로 들어가게 된다. 반사된 광을 이용해서 광모듈레이터(130)는 이미지를 형성하고, 형성된 이미지광이 출사될 때는 편광의 위상이 90°만큼 변화되어 제1 와이어 그리드 필름(140)을 투과한 후 투사렌즈계(160)로 들어가게 된다.
대체로, 이러한 제1 와이어 그리드 필름(140)의 투과율/반사율은 입사각(AOI)의 ±10°에 대해서 큰 변화량을 보이지 않는다.
그러나, LED 광원과 같이 발산각이 큰 광원의 경우에는 입사각이 10°보다 큰 광들이 많기 때문에 제1 와이어 그리드 필름(140)의 편광 분리 기능을 피하는 광들의 양도 무시할 수 없어서, 이러한 누설광으로 인해서 화면의 명암비(Contrast Ratio)가 안 좋아질 수 있다.
본 실시예에서는 제1 와이어 그리드 필름(140)의 전단에 제2 와이어 그리드 필름(150)을 광축에 대해서 수직으로 위치시킨다.
도 5a를 참조하면, 제2 와이어 그리드 필름(150)은 제1 와이어 그리드 필름(140)과 유사한 구성을 갖는다. 제2 와이어 그리드 필름(150)은 투명한 플라스틱 필름(151)에 와이어(또는 제2 와이어)(152)가 스트라이프 형태로 소정 주기로 배열된 형태를 갖는다. 플라스틱 필름(151)은 0.05 내지 0.1mm의 두께를 가질 수 있다. 다만, 편광 분리 기능을 위해서 제2 와이어(152)는 제1 와이어(142)에 대해 90°만큼 회전되어 배열된다.
도 4a 및 도 4b는 수직 입사시에 와이어 그리드 필름에서의 P 편광과 S 편광의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 와이어 그리드 필름에서 P 편광은 사용 파장 영역인 440 내지 640nm에서 90%의 투과율을 보이고, S 편광은 사용 파장 영역인 440 내지 640nm에서 0.3% 이하의 투과율을 보인다. 이와 같이, 제1 와이어 그리드 필름(140)의 전단 또는 후단에 제2 와이어 그리드 필름(150)을 광축에 수직으로 위치시킬 경우 편광별 투과율의 큰 차이로 인해 명암비가 낮아지는 현상을 없앨 수 있다.
도 5b를 참조하면, 제1 와이어 그리드 필름(140)의 플라스틱 필름(141)은 제1 플라스틱 필름(141')과 제2 플라스틱 필름(141")으로 구성되어, 제2 와이어 그리드 필름(150)의 플라스틱 필름(151)보다 두껍게 형성될 수 있다. 이는 제1 와이어 그리드 필름(140)이 조립시 정확하게 직립될 수 있도록 적절한 강성을 가져서, 광원(110) 및 광모듈레이터(130)로부터 입사되는 광이 정밀한 각도로 입사될 수 있도록 하기 위함이다. 제2 와이어 그리드 필름(150)은 광투과율의 향상을 위해 제1 와이어 그리드 필름(140)보다 얇게 형성된다.
제1 플라스틱 필름(141')은 0.05 내지 0.1mm의 두께를 가질 수 있다. 제2 플라스틱 필름(141")은 0.2 내지 0.5mm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 와이어 그리드 필름(150)은 제1 와이어 그리드 필름(140)에 추가로 0.2 내지 0.5mm의 두께를 갖는 플라스틱 필름(PMMA)을 부착하여 형성될 수 있다. 그에 따라, 제1 와이어 그리드 필름(140)에서 플라스틱 필름(141)의 전체 두께는 대략 0.2 내지 0.6mm 일 수 있다.
광원(110)과 광모듈레이터(130) 사이의 광경로에는 광원렌즈((121, 122), 플라이아이 렌즈(123), 제1 필드렌즈(124), 제2 필드렌즈(161)가 배열될 수 있다.
광원렌즈((121, 122)는 광원(110)에서 출사되는 광을 집광해서 컬리메이팅(Collimating)하는 역할을 한다.
플라이아이 렌즈(123)는 광원렌즈(121, 122)를 통과한 광빔을 패널의 액티브 영역에 일치하도록 성형하는 역할을 한다.
패널에 도달하는 광빔의 사이즈가 패널의 액티브 면보다 작으면 투사되는 영상의 외곽이 잘려서 안 나오게 되고, 너무 크면 광효율이 작아지게 된다. 제1 필드렌즈(124) 및 제2 필드렌즈(161)는 플라이아이 렌즈(123)를 통과한 광빔을 광모듈레이터(130)의 액티브 영역의 크기에 맞도록 조절하는 역할을 한다. 이를 위해, 제1 필드렌즈(124) 및 제2 필드렌즈(161)는 서로 이격되어 배치되는 것이 필요하다.
제2 필드렌즈(161)는 제1 필드렌즈(124)와 이격되어 광모듈레이터(130)에 인접하게 배치됨으로써, 투사렌즈계(160)의 제1 투사렌즈로서의 역할도 하게 된다. 이와 같이, 이러한 2장의 필드렌즈(124, 161)를 도 2와 같이 제1 와이어 그리드 필름(140)을 사이에 두고 배치함으로서 일정 이격거리를 유지하면서도 프로젝션 시스템(100)의 전체 부피는 줄이는 효과가 나타날 수 있다.
제2 필드렌즈(161)는 투사렌즈로서의 역할을 위해 광모듈레이터(130)에서 투사렌즈계(160)에 이르는 광경로 상에서 광의 진행방향으로 볼록한 것이 바람직하다.
또한, 플라이아이 렌즈(123)에서 광모듈레이터(130)에 이르는 광경로 상에서의 광의 집속과 컬리메이팅(Collimating)을 고려할 때, 제1 필드렌즈(124)는 제2 필드렌즈(161)와 같이 광의 진행방향의 반대방향으로 볼록하도록 디자인되는 것이 바람직하다.
도 6은 도 2에서 투사렌즈계의 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에서, 투사렌즈계(160)는 2개의 렌즈군으로 구성되고, 제1 와이어 그리드 필름(140)은 이러한 2개의 렌즈군 사이에 위치될 수 있다.
제1 렌즈군은 적어도 1개의 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 렌즈군은 제2 필드렌즈(161) 하나로 구성될 수 있고, 여기서, 제2 필드렌즈(161)는 제1 렌즈가 된다.
제2 렌즈군은 적어도 3개의 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 렌즈군은 비구면 형상을 갖는 제2 렌즈(162), 제3 렌즈(163), 제4 렌즈(164)로 이루어진다.
이러한 구성에서, 광모듈레이터(130)와 투사렌즈계(160) 사이의 광경로 상에서, 제1 와이어 그리드 필름(140)의 전단과 후단에는 광의 진행방향으로 볼록한 제1 렌즈(161)와 제3 렌즈(163)가 각각 배치된다.
아래 표 1은 투사렌즈계의 제1 렌즈(161), 제2 렌즈(162), 제3 렌즈(163) 및 제4 렌즈(164)의 설계 데이터를 나타낸다. 단위는 mm이다.
렌즈 면 곡률반경 두께 굴절률 아베수 촛점거리 굴절능
제1렌즈
(제2 필드렌즈)		 제1면 21.50000 2.2 1.913618 31.31 23.7924 0.04203023
제2면 Infinity 0.5
제2렌즈 제1면 51.83609 1.0 1.642178 23.35 -13.7956 -0.07248692
제2면 7.41569 4.99
제3렌즈 제1면 15.60811 4.0 1.669672 55.20 9.94506 0.10055248
제2면 -10.33352 0.46
제4렌즈 제1면 -3.32117 2.523 1.533290 55.80 907.7378 0.00110164
제2면 -4.16634 0.1
F 넘버 2.35, 전체길이 28.4mm, 화각 35°
여기서, 제1 렌즈(제2 필드렌즈)(161)는 유리렌즈로, 제2 렌즈(162)는 플라스틱렌즈, 제3 렌즈(163)는 유리렌즈, 제4 렌즈(164)는 플라스틱렌즈로 구성하였다.
아래 표 2는 제2 렌즈(162), 제3 렌즈(163) 및 제4 렌즈(164)의 비구면 계수들이다.
구분 제2렌즈 제3렌즈 제4렌즈
제1면 제2면 제1면 제2면 제1면 제2면
K 0.0000 -7.644048 1.384946 -10.33352 -0.655291 -1.07017
A -0.122054E-02 -0.282176E-02 0.372858E-03 0.481392E-03 -0.164954E-03 0.309613E-03
B 0.142359E-03 0.191887E-03 -0.371636E-04 -0.531688E-04 0.259236E-03 -0.1442803-04
C -0.297892E-05 -0.211482E-05 -0.201712E-06 0.101880E-05 -0.277728E-04 0.477788E-06
D 0.240219E-07 -0.461027E-09 0.149643E-07 0.177288E-07 0.142230E-05 -0.272746E-06
E 0.109078E-09 0.387627E-08 0.267959E-09 -0.366817E-09 -0.542284E-08 0.187286E-07
본 실시예에서 사용되는 비구면에 관한 사항은 다음의 수학식 1로부터 얻어진다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리,
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리,
c : 렌즈의 정점에서 곡률 반경(r)의 역수,
K : 코닉(Conic) 상수,
A,B,C,D,E,F : 비구면 계수
상술한 바와 같은, 본 발명의 프로젝션 시스템(100)은 제1 와이어 그리드 필름(140)과 제2 와이어 그리드 필름(150)의 2장의 와이어 그리드 필름의 사용에 의해서 편광 분리 기능과 함께 높은 광학적 효율을 가지면서, 중앙과 외곽의 편차를 줄여 색얼룩이 없고 높은 명암비를 갖는 광시스템의 구축이 가능하게 되었다.
또한, 제1 필드렌즈(124)와 제2 필드렌즈(161)의 2장의 필드렌즈를 제1 와이어 그리드 필름(140) 전후에 배치함으로서, 시스템의 성능을 유지하면서도 제2 필드렌즈(161)가 투사렌즈계(160)의 제1 렌즈의 역할을 겸함으로써 시스템의 크기를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
상기에서, 광원(110)으로부터 출사되는 광이 90°로 반사되어 광모듈레이터(130)로 입사되는 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 와이어 그리드 필름을 사용하면서 광원으로부터 출사되는 광이 반사없이 바로 광모듈레이터(230)로 입사되는 경우에도 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초소형 프로젝션 시스템의 구성을 도시하는 평면도이다.
본 실시예의 초소형 프로젝션 시스템(200)은 광원(210), 광모듈레이터(230), 제1 와이어 그리드 필름(240), 제2 와이어 그리드 필름(250), 투사렌즈계(260) 등을 포함한다. 상기 광원(210), 광모듈레이터(230), 제1 와이어 그리드 필름(240), 투사렌즈계(260)는 도 2에 도시된 광원(110), 광모듈레이터(130), 제1 와이어 그리드 필름(140), 투사렌즈계(160)와 동일한 구성을 가지므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 광원렌즈(221, 222), 플라이아이 렌즈(223), 제1 필드렌즈(224)도 도 2에 도시된 광원렌즈(121, 122), 플라이아이 렌즈(123), 제1 필드렌즈(124)와 동일한 구성을 갖는다.
본 실시예의 프로젝션 시스템(200)은 제2 와이어 그리드 필름(250)의 위치를 제외하고는 대체로 도 2에 도시된 실시예와 동일하다.
상기 제2 와이어 그리드 필름(250)은 광모듈레이터(230)와 투사렌즈계(260) 사이의 광경로 상에서, 제1 와이어 그리드 필름(240)의 후단에 광축에 수직하게 위치하며 편광 분리 기능을 갖는다.
제2 와이어 그리드 필름(250)은 도 2에 도시된 제2 와이어 그리드 필름(150)과 유사한 구성 및 효과를 갖는다. 제2 와이어 그리드 필름(250)은 투명한 플라스틱 필름에 와이어가 스트라이프 형태로 소정 주기로 배열된 형태를 갖는다. 플라스틱 필름은 0.05 내지 0.1mm의 두께를 가질 수 있다. 제2 와이어 그리드 필름(250)은 제1 와이어 그리드 필름(240)과 동일한 형태로 배열된다.
본 실시예의 프로젝션 시스템(200)은 제1 와이어 그리드 필름(240)과 제2 와이어 그리드 필름(250)의 2장의 와이어 그리드 필름의 사용에 의해서 높은 광학적 효율을 가지면서, 색얼룩이 없고 높은 명암비를 갖는 광시스템을 구축할 수 있다.
또한, 제1 필드렌즈(224)와 제2 필드렌즈(261)의 2장의 필드렌즈를 제1 와이어 그리드 필름(240) 전후에 배치함으로서, 시스템의 성능을 유지하면서도 제2 필드렌즈(261)가 투사렌즈계(260)의 제1 렌즈의 역할을 겸함으로써 시스템의 크기를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 초소형 프로젝션 시스템
110 : 광원
121, 122 : 광원렌즈
123 : 플라이아이 렌즈
124 : 제1 필드렌즈
130 : 광모듈레이터
140 : 제1 와이어 그리드 필름
150 : 제2 와이어 그리드 필름
160 : 투사렌즈계
161 : 제1 렌즈
162 : 제2 렌즈
163 : 제3 렌즈
164 : 제4 렌즈

Claims (11)

  1. 초소형 프로젝션 시스템에 있어서,
    반도체 발광소자로 이루어지는 광원;
    상기 광원으로부터 출사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 광모듈레이터;
    상기 광모듈레이터로부터 출사되는 이미지를 확대 투영하는 투사렌즈계;
    상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 상에 위치하며, 플라스틱 필름에 제1 와이어가 소정 주기로 배열되어 편광 분리 기능을 갖는 제1 와이어 그리드 필름;
    상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 또는 상기 광모듈레이터와 상기 투사렌즈계 사이의 광경로 상에 위치하며, 플라스틱 필름에 제2 와이어가 소정 주기로 배열되어 편광 분리 기능을 갖는 제2 와이어 그리드 필름;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 상에서, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 전단에 광축에 수직하게 위치하며 편광 분리 기능을 갖는 제2 와이어 그리드 필름;
    을 더 포함하고,
    상기 제2 와이어는 상기 제1 와이어에 대해 90°만큼 회전되는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광모듈레이터와 상기 투사렌즈계 사이의 광경로 상에서, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 후단에 광축에 수직하게 위치하며 편광 분리 기능을 갖는 제2 와이어 그리드 필름;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 와이어 및 제2 와이어는 50 내지 200nm 주기로 배열되는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 와이어 그리드 필름의 상기 플라스틱 필름은 0.2 내지 0.6mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사렌즈계는 2개의 렌즈군으로 구성되며,
    상기 제1 와이어 그리드 필름은 상기 2개의 렌즈군 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사렌즈계는 적어도 1개의 구면렌즈를 포함하는 제1 렌즈군과, 적어도 3개의 비구면 렌즈를 포함하는 제2 렌즈군으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 광모듈레이터 사이의 광경로 상에서, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 전후에 광의 진행방향에 대해서 반대 방향으로 볼록한 제1 필드 렌즈와 제2 필드 렌즈가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광모듈레이터와 상기 투사렌즈계 사이의 광경로 상에서, 상기 제1 와이어 그리드 필름의 전후에 광의 진행방향으로 볼록한 렌즈가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광모듈레이터는 엘코스(LCOS) 패널인 것을 특징으로 하는 초소형 프로젝션 시스템.
KR20130065091A 2013-06-07 2013-06-07 초소형 프로젝션 시스템 KR20140143507A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130065091A KR20140143507A (ko) 2013-06-07 2013-06-07 초소형 프로젝션 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130065091A KR20140143507A (ko) 2013-06-07 2013-06-07 초소형 프로젝션 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140143507A true KR20140143507A (ko) 2014-12-17

Family

ID=52674235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130065091A KR20140143507A (ko) 2013-06-07 2013-06-07 초소형 프로젝션 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140143507A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11500205B2 (en) Wearable AR system, AR display device and its projection source module
JP7303557B2 (ja) 拡張現実ディスプレイ
US7613373B1 (en) Substrate guided relay with homogenizing input relay
US9933697B2 (en) Projection subsystem for high contrast projection system
CN107167919B (zh) 导光装置以及虚像显示装置
US10754162B2 (en) Projection apparatus and head-mounted display device
US8496334B2 (en) Illumination apparatus, projector, and illumination method
US20130044295A1 (en) Projector with offset between projection optical system and display unit
US7724436B2 (en) Reflective corrector for optical projection engine
TWI524128B (zh) 投影系統
US20210149183A1 (en) Virtual image projection device
US9151956B2 (en) Light source system for stereoscopic projection
US20090067072A1 (en) Prism system with prism spacer
TWI440958B (zh) 立體投影光源系統
US20070091270A1 (en) Projector
KR20130043975A (ko) 등화 렌즈를 구비한 빔 프로젝터
US9829714B2 (en) Illumination module and display device
KR20140143507A (ko) 초소형 프로젝션 시스템
US10054850B2 (en) Light source device and projector
KR101467866B1 (ko) 초소형 프로젝터용 투사 렌즈 시스템
KR101315981B1 (ko) 프로젝터
US20240152039A1 (en) Projection system
US7724432B2 (en) Rear-projection screen for projection video display system, method of rear-projection collimation and projection video display system incorporating the same
TWI838385B (zh) 投影鏡頭及投影光機
US20230102400A1 (en) Wavefront control element, lighting device, and projector

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application