KR100534574B1 - Projection System and Projection Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프로젝션시스템 및 방법에 관한 것으로서, 백색광을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 조사되는 광을 균일화시키고 특정성분의 파장으로 전환시키는 플라이아이렌즈 및 폴러리제이션 컨버젼 시스템; 상기 플라이아이렌즈 및 폴라리제이션 컨버젼 시스템을 통과한 광을 각각의 R/G/B광으로 분리 조사하는 컬러분리수단; 상기 광원의 광축에 대하여 그 반사면이 소정의 각도를 이루도록 설치되어 상기 광을 소정의 각도로 전반사시키는 TIR(Total Internal Reflection)프리즘; 상기 TIR프리즘으로부터 전반사되어 나오는 광을 위상차를 주어 반사시키도록 적어도 4개의 서브픽셀을 갖는 화소로 이루어진 반사형액정소자; 상기 TIR프리즘을 통과하여 나오는 광의 광 축 상에 설치되는 편광판 및; 상기 편광판을 통해 편광된 광을 스크린 상에 확대 투사하는 투사렌즈로 구성된다.The present invention relates to a projection system and method, comprising: a light source for irradiating white light; A fly's eye lens and polarization conversion system which equalizes the light irradiated from the light source and converts it into a wavelength of a specific component; Color separation means for separately irradiating the light passing through the fly's eye lens and the polarization conversion system into respective R / G / B light; A total internal reflection (TIR) prism installed at a predetermined angle with respect to an optical axis of the light source to totally reflect the light at a predetermined angle; A reflective liquid crystal device comprising pixels having at least four subpixels for reflecting light totally reflected from the TIR prism with a phase difference; A polarizing plate provided on an optical axis of light passing through the TIR prism; And a projection lens that enlarges and projects the light polarized through the polarizing plate on the screen.
상술한 바와 같이 구성함에 따라 블랙상태(시그널 오프) 상태의 광을 효율적으로 걸러주어 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있는 이점을 갖게 되며, 또한, 폴라라이징 빔 스프리터를 사용하는 것을 개선하여 TIR프리즘을 사용함에 따라 광학계의 사이즈를 줄일 수 있는 이점이 있다.As described above, it has the advantage of effectively filtering the light in the black state (signal off) state to improve the contrast ratio, and also improving the use of the polarizing beam splitter to use the TIR prism. Therefore, there is an advantage that can reduce the size of the optical system.
Description
본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 특히, P-S 컨버팅 비(Converting Ratio)(광전환) 및 빛의 각도 조절에 의해 콘트라스트 비(Contrast Ratio)를 향상시키는 프로젝션 시스템 및 프로젝션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a projection system, and more particularly, to a projection system and a projection method for improving the contrast ratio by adjusting the P-S converting ratio (light conversion) and the angle of light.
일반적으로 광학 에너지(Optical Energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(Spatial Light Modulator)는 광통신, 화상처리 및 정보 디스플레이장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시장치(Direct - View Image Display Device)와 투사형 화상표시장치(Projection - Type Image Display Device)로 구분된다.In general, a spatial light modulator, which is an apparatus for projecting optical energy onto a screen, may be applied to various fields such as optical communication, image processing, and information display. 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 화상표시장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서, 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 크게 된다는 문제점이 있다.An example of a direct view type image display apparatus is a CRT (Cathode Ray Tube), which is called a CRT, and has a problem in that its image quality is excellent but its weight and volume are increased as the screen is enlarged.
투사형 화상 표시장치로는 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display), 디포머블 미러 디바이스(DMD : Deformable Mirror Device) 및 액튜에이티드 미러 어레이(AMA : Actuated Mirror Array)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉 LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(Transmissive Spatial Light Modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광변조기(Reflective Spatial Light Modulators)로 분류될 수 있다.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 apparatuses 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.
그러나, 종래의 LCOS프로젝션 시스템은 폴라라이징 빔 스프리터(Polarizing Beam Splitter)를 이용하여 블랙상태의 빛을 걸러 주도록 하고 있으나, 그 폴라라이징 빔 스프리터가 각도에 민감하여 약 10°정도 틀어진 빛에 대해서는 제 기능을 하지 못하여 콘트라스트를 떨어뜨리는 악영향을 미친다는 문제점이 있다.However, the conventional LCOS projection system uses a polarizing beam splitter to filter black light, but the polarizing beam splitter is sensitive to the angle and functions about light that is turned about 10 °. There is a problem that does not have the adverse effect of lowering the contrast.
또한, DMD를 이용한 프로젝션 시스템에서는 마이크로미러를 이용하여 사용하기 때문에 토털 인터널 리플렉션(TIR : Total Internal Reflection)프리즘(이하 TIR프리즘이라 칭함)을 사용하여 콘트라스트에는 이득이 있으나, 공정상의 어려움으로 가격이 비싸다는 문제점이 있다. In addition, since the DMD projection system uses a micromirror, it uses a total internal reflection (TIR) prism (hereinafter referred to as a TIR prism) to gain contrast, but the price is difficult due to process difficulties. There is a problem of being expensive.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, LCOS프로젝션 시스템의 P-S 컨버팅(광전환)을 기본으로 하고, 반사각도 제어에 의해 광을 제어하는 구성으로 구현하여 콘트라스트 비를 향상시키는 프로젝션 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and based on the PS conversion (light conversion) of the LCOS projection system, the projection system to implement a configuration to control the light by the reflection angle control to improve the contrast ratio and To provide a way.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 백색광을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 조사되는 광을 균일화시키고 특정성분의 파장으로 전환시키는 플라이아이렌즈 및 폴러리제이션 컨버젼 시스템; 상기 플라이아이렌즈 및 폴라리제이션 컨버젼 시스템을 통과한 광을 각각의 R/G/B광으로 분리 조사하는 컬러분리수단; 상기 광원의 광축에 대하여 그 반사면이 소정의 각도를 이루도록 설치되어 상기 광을 소정의 각도로 전반사시키는 TIR(Total Internal Reflection)프리즘; 상기 TIR프리즘으로부터 전반사되어 나오는 광을 위상차를 주어 반사시키도록 적어도 4개의 서브픽셀을 갖는 화소로 이루어진 반사형액정소자; 상기 TIR프리즘을 통과하여 나오는 광의 광 축 상에 설치되는 편광판 및; 상기 편광판을 통해 편광된 광을 스크린 상에 확대 투사하는 투사렌즈로 구성된다.The present invention to achieve the above object is a light source for irradiating white light; A fly's eye lens and polarization conversion system which equalizes the light irradiated from the light source and converts it into a wavelength of a specific component; Color separation means for separately irradiating the light passing through the fly's eye lens and the polarization conversion system into respective R / G / B light; A total internal reflection (TIR) prism installed at a predetermined angle with respect to an optical axis of the light source to totally reflect the light at a predetermined angle; A reflective liquid crystal device comprising pixels having at least four subpixels for reflecting light totally reflected from the TIR prism with a phase difference; A polarizing plate provided on an optical axis of light passing through the TIR prism; And a projection lens that enlarges and projects the light polarized through the polarizing plate on the screen.
또한, 광원으로부터 광을 조사하는 단계; 상기 광원으로부터 발생된 광을 균일화시키고 특정 성분의 파장으로 전환시키는 단계; 그 균일화되고 특정 성분으로 전환된 광을 각각의 R/G/B광으로 분리 조사하는 색분리단계; 그 색 분리된 광을 TIR프리즘을 통해 반사형액정소자로 전반사시키는 단계; 상기 반사형액정소자에 의해 입사된 광을 2개의 그룹으로 나누어 위상차를 주어 반사시키는 단계; 상기 반사형액정소자로부터 반사된 광 중 상기 TIR프리즘을 통과한 광을 재차 편광시키는 편광단계 및; 상기 편광단계에 의해 편광된 광을 투사렌즈에 의해 확대 투사시키는 투사단계를 포함한다.In addition, irradiating light from the light source; Homogenizing the light generated from the light source and converting it into a wavelength of a specific component; A color separation step of separately irradiating the uniformed and converted light into specific components with respective R / G / B light; Totally reflecting the color separated light to the reflective liquid crystal device through the TIR prism; Dividing the light incident by the reflective liquid crystal device into two groups and giving a phase difference to reflect the light; A polarization step of polarizing again the light passing through the TIR prism among the light reflected from the reflective liquid crystal device; And a projection step of expanding and projecting the light polarized by the polarization step by the projection lens.
이하, 첨부된 도면 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, Figures 1 and 2 will be described in more detail the configuration and operation of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이 백색광을 조사하는 광원(1)과, 상기 광원으로부터 조사되는 광을 균일화시키고 특정성분의 파장으로 전환시키는 플라이아이렌즈(Fly′s Eye L둔)(3a) 및 폴러리제이션 컨버젼 시스템(PCS : Polarization Conversion System)(3b)과, 균일화되고 특정 성분의 광으로 전환된 광을 각각의 R/G/B광으로 분리 조사하는 컬러분리수단(5)과, 상기 컬러분리수단(5)을 통과한 광 중 S파 광만을 통과시키는 제1편광판(7)과, 상기 제1편광판(7)을 통해 S파로 편광된 광을 후술하는 반사형액정소자로 전반사시키는 TIR(Total Internal Reflection)프리즘(9)과, 상기 TIR프리즘(9)을 통해 전반사 된 광을 그 시그널 온·오프 상태에 따라 위상차를 두어 반사시키도록 복수개의 서브픽셀(10a~10f)로 이루어진 화소(10)로 구성된 반사형액정소자(L)와, 상기 반사형액정소자(L)를 통해 P파로 위상이 변조되어 상기 TIR프리즘(9)을 투과한 광을 다시 한번 편광시켜 완전한 P파 광만을 투과시키는 제2편광판(11)과, 상기 제2편광판(11)을 통해 편광된 광을 스크린(미도시) 상에 확대 투사하는 투사렌즈(13)로 구성된다.As shown in the figure, a light source 1 for irradiating white light, a fly's eye L (3a) and polarization for uniformizing the light emitted from the light source and converting it into a wavelength of a specific component A conversion system (PCS: Polarization Conversion System) 3b, color separation means 5 for separately irradiating and irradiating the light converted into uniform and specific component light into respective R / G / B light, and the color separation means ( 5) a first polarizing plate 7 which passes only S-wave light among the light passing through, and a total internal reflection which totally reflects the light polarized by S-wave through the first polarizing plate 7 to a reflective liquid crystal device described below. A prism 9 and pixels 10 composed of a plurality of subpixels 10a to 10f so as to reflect light totally reflected through the TIR prism 9 in a phase difference according to its signal on / off state. P wave through the reflective liquid crystal element L and the reflective liquid crystal element L The second polarizing plate 11 transmits only complete P-wave light by polarizing the light transmitted through the TIR prism 9 once again, and the polarized light through the second polarizing plate 11 is screened. Projection lens 13 for magnifying and projecting onto the image.
상기 제1편광판(7)은 S파 편광판이고, 상기 제 2편광판(11)은 P파 편광판이다.The first polarizing plate 7 is an S-wave polarizing plate, and the second polarizing plate 11 is a P-wave polarizing plate.
도 2는 화소(10)가 6개의 서브픽셀로 나누어진 상태를 도시한 것으로서, 서브픽셀(10a,10c,10e)과, 서브픽셀(10b,10d,10f)이 두개의 그룹으로 나누어져 2개의 데이터라인에 의해 관리된다.FIG. 2 shows a state in which the pixel 10 is divided into six subpixels. The subpixels 10a, 10c, and 10e and the subpixels 10b, 10d, and 10f are divided into two groups. Managed by data line.
상술한 내용에 있어 서브픽셀을 6개로 나눈 것에 한정하여 설명하였으나, 그 서브픽셀의 개수는 적어도 4개로 하여 두 그룹으로 나누어 관리할 수 있도록 함이 바람직할 것이다.In the above description, the subpixel is divided into six, but the number of the subpixels is at least four, and it may be preferable to divide the two groups into two groups.
다음은 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로젝션시스템의 동작원리에 대해서 설명한다.Next, an operation principle of the projection system according to an exemplary embodiment of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 광원(1)으로부터 P파 및 S파 성분을 동시에 갖는 백색광이 조사되면, 그 백색광은 플라이아이렌즈(3a)를 통해 균일화된 후 폴러리제이션 컨버젼 시스템(3b)을 통해 광 전환된다.First, when white light having both P and S wave components is irradiated from the light source 1, the white light is uniformized through the fly's eye lens 3a and then converted into light through the polarization conversion system 3b.
이때, P파 광은 상기 폴러리제이션 컨버젼 시스템(3b)을 통과하면서 S파로 전환되고, S파 광은 그대로 통과하게 되어 폴러리제이션 컨버젼 시스템(3b)을 통과한 광은 모두 S파 광으로 광전환 된다.At this time, the P-wave light is converted into the S wave while passing through the polarization conversion system 3b, and the S-wave light passes through as it is, so that all the light passing through the polarization conversion system 3b is converted into the S wave light. Is switched.
그와 같이 균일화되고 광전환 된 광은 컬러분리수단(5)에 의해 각각의 R/G/B광으로 분리 조사되며, 그 조사되는 광은 다시 S파 편광판인 제1편광판(7)을 통과하면서 편광된다.Such uniformized and light-converted light is separately irradiated to each R / G / B light by the color separation means 5, and the irradiated light passes through the first polarizing plate 7 which is an S-wave polarizing plate again. Polarized.
그 편광된 광은 TIR프리즘(9)으로 입사되고, 그 입사되는 모든 광은 상기 TIR프리즘(9)의 경계면을 통해 전반사되어 반사형액정소자(L)로 소정의 각도로 입사된다.The polarized light is incident on the TIR prism 9, and all the incident light is totally reflected through the interface of the TIR prism 9 and is incident on the reflective liquid crystal element L at a predetermined angle.
상술한 내용에 있어, 상기 TIR프리즘(9)의 반사면에 입사되는 광이 전반사되기 위해서는 상기 TIR프리즘(9)의 임계각보다 더 큰 각으로 입사할 때만 전반사가 일어나는 것을 고려하여 그 입사각을 전반사되는 각도로 맞추어준 상태가 되어야 할 것이다.In the above description, in order that the light incident on the reflecting surface of the TIR prism 9 is totally reflected, the total reflection is performed in consideration of total reflection only when incident at an angle greater than the critical angle of the TIR prism 9. It should be in an angled state.
상기 임계각이라 함은 입사각이 커짐에 따라 각도가 커지다가 굴절각이 90°가 될 때의 입사각을 말한다.The critical angle refers to an incident angle when the angle becomes larger as the incident angle increases and the refractive angle becomes 90 °.
그와 같이 TIR프리즘(9)에 의해 전반사된 광은 반사형액정소자(L)에 입사되어 그 위상이 변조되어 반사하게 된다.The light totally reflected by the TIR prism 9 is incident on the reflective liquid crystal element L, and its phase is modulated and reflected.
이때, 상기 반사형액정소자(L)는 다수개의 서브픽셀이 두 그룹으로 나누어져 한 쪽 그룹의 서브픽셀(10a, 10c, 10e)과, 나머지 한 쪽 그룹의 서브픽셀(10b, 10d, 10f) 들은 서로 위상이 л만큼 차이가 나거나, 같은 위상을 가지는 상태로 관리된다.In this case, the reflective liquid crystal device L includes a plurality of subpixels divided into two groups so that one subpixel 10a, 10c, 10e and the other subpixel 10b, 10d, 10f are divided into two groups. They are managed in a state where they are out of phase with each other or have the same phase.
상기 시그널 온 상태일 경우 서브픽셀(10a,10c, 10e)이나 서브픽셀(10b,10d,10f)에 입사된 S파 광은 P파로 위상이 변조되어 반사되고 그 반사각은 TIR프리즘(9)의 경계면을 통해 입사되는 입사광의 각도와 같은 각도로 반사되어 TIR프리즘(9)을 투과하게 된다.When the signal is in the ON state, the S-wave light incident on the subpixels 10a, 10c, and 10e or the subpixels 10b, 10d, and 10f is reflected by being phase-modulated with a P wave and its reflection angle is the boundary surface of the TIR prism 9. The light is reflected at an angle equal to the angle of incident light incident through the TIR prism 9.
그 투과된 광은 다시 제2편광판(11)을 통해 다시 한번 S파 광이 걸러지며, 그와 같이 제 2편광판(11)을 통과한 순수한 P파광은 투사렌즈(13)를 통해 스크린 상에 확대 투사하게 된다.The transmitted light is again filtered by the S-wave light through the second polarizing plate 11, and thus pure P-wave light passing through the second polarizing plate 11 is enlarged on the screen through the projection lens 13. Will be projected.
한편, 시그널 오프 상태일때는 서브픽셀(10a, 10c, 10e)에 입사된 광은 S파 상태로 반사되는데, 이 광의 위상이 서브픽셀(10b,10d, 10f)에서 반사한 광파는 л만큼 차이가 나서 그레이팅(Grating)효과가 나타나게 되며 빛은 입사하는 각도로 반사되지 못하고 적당한 각도로 꺾여져서 도 1의 실선 표시된 방향으로 반사하게 된다. On the other hand, when the signal is off, the light incident on the subpixels 10a, 10c, and 10e is reflected in the S-wave state, and the light waves reflected by the phases of the subpixels 10b, 10d, and 10f differ by л. Then, the grating effect is displayed and the light is not reflected at the incident angle, but is bent at an appropriate angle to reflect in the direction indicated by the solid line of FIG. 1.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described. However, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
그러나, 종래의 반사형액정소자의 케패시터(C멤챠색) 비해 2배의 케패시터를 필요로 하는 것을 감안할 때, 본 발명의 광학계는 높은 해상도를 요구하지 않는 작은 광학계를 요구하는 HMD(Head Mounted Display), 디지털카메라(Digital Camera)에 적용시킴이 적당할 것이다.However, in view of the need of a capacitor twice as large as that of the conventional reflective liquid crystal device (C-member color), the optical system of the present invention requires a head mounted light that requires a small optical system that does not require high resolution. It would be suitable to apply to Display, Digital Camera.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 프로젝션시스템은 반사형액정소자의 하나의 화소를 2그룹으로 관리 할 수 있도록 적어도 4개의 서브픽셀을 두도록 형성하고, TIR프리즘을 채용함과 동시에 그 TIR프리즘을 통과한 다음 단계에서 다시 한번 편광시키도록 함에 따라 블랙(시그널 오프)상태의 광을 효율적으로 걸러주어 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있는 이점을 갖게 된다.As described above, the projection system according to the present invention is formed to have at least four subpixels so that one pixel of the reflective liquid crystal device can be managed in two groups, and employs a TIR prism and passes through the TIR prism. As the polarization is performed again in the next step, the light of the black (signal off) state can be efficiently filtered to improve the contrast ratio.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로젝션 시스템의 구성을 도시한 도면,1 is a view showing the configuration of a projection system according to an embodiment of the present invention,
도 2는 상기 도 1에 도시된 반사형액정소자(L)의 구성 및 그 반사형액정소자를 이루는 화소 구성을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the reflective liquid crystal device L shown in FIG. 1 and the pixel configuration of the reflective liquid crystal device.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
1 : 광원1: light source
3a : 플라이아이렌즈(fly′s eye lens)3a: fly's eye lens
3b: 폴러리제이션 컨버젼 시스템(Polarization Conversion System)3b: Polarization Conversion System
5 : 컬러분리수단 7 : 제1편광판5: color separation means 7: first polarizing plate
9 : TIR(Total Internal Reflection)프리즘9: TIR (Total Internal Reflection) Prism
11 : 제2편광판 13 : 투사렌즈11 second polarizing plate 13 projection lens
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