KR0152858B1

KR0152858B1 - 광폭조절장치

Info

Publication number: KR0152858B1
Application number: KR1019950002376A
Authority: KR
Inventors: 구희술
Original assignee: 구자홍; 주식회사엘지전자
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 1998-12-15
Also published as: US5673986A; CN1156837A; JPH08271831A; KR960032033A; CN1047240C

Abstract

본 발명에 의한 ①광폭조절장치는 지면에 대해 소정각도 a1 기울어지도록 형성된 제1표면과, 상기 a1보다 큰 각도를 가지도록 지면에 대해 소정각도 a2로 기울어지며, 굴절율 n1인 매질을 통하여 제1표면으로 입사된 빛을 반사시키는 반사층을 갖는 제2표면으로 구성된 굴절율 n2의 광폭조절미러로 이루어지며,

반면, 상기 광폭조절장치를 채용한 ②화상투사기는 발광부인 광원과; 지면에 대해 소정각도 a1 기울어지도록 형성된 제1표면과, 상기 a1보다 큰 각도를 가지도록 지면에 대해 소정각도 a2로 기울어지며, 굴절율 n1인 매질을 통하여 제1표면으로 입사된 빛을 반사시키는 반사층을 갖는 제2표면으로 이루어진 굴절율 n2의 광폭조절미러로 구성되어, 상기 광원에서 투사된 빛의 광폭을 조절하는 광폭조절수단과; 상기 광폭조절수단을 통하여 조절된 광폭을 이용하여 화상을 표시하는 화상표시수단과; 상기 화상표시수단에서 형성된 화상을 확대하는 투사렌즈 및; 상기 투사렌즈에 의해 촛점이 맺힌 화상을 투영시키는 표시부인 스크린으로 이루어진다.

그 결과, 부품을 단순화하면서도 용이하게 빛의 폭을 H에서 H'으로 줄일수 있을 뿐 아니라 상기 화상표시수단의 구성이 종횡의 크기가 틀린 경우에도 간단하게 빛의 광폭을 조절하여 효율적으로 조명을 할 수 있게 된다.

Description

광폭조절장치 및 이를 채용한 화상투사기

제1도는 종래 기술에 따른 광폭조절장치 중 프리즘을 결합시킨 방식에 의해 광폭을 조절하는 원리를 도시한 단면도.

제2도는 종래 기술에 따른 광폭조절장치 중 렌즈를 조합시킨 방식에 의해 광폭을 조절하는 원리를 도시한 단면도.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 광폭조절장치의 구조 및 빛의 굴절원리에 의해 입사 및 출사되는 빛의 진로를 도시한 단면도.

제4도는 본 발명에 따른 광폭조절장치를 거쳐 출사되는 빛의 광폭변화를 도시한 단면도.

제5도는 제1실시예에 따른 광폭조절장치를 적용하여 제조된 본 발명의 제2실시예에 따른 화상투사기 구조를 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

p1 : 제1프리즘 p2 : 제2프리즘

L1 : 제1렌즈 L2 : 제2렌즈

F : 렌즈의 촛점 10 : 제1표면

20 : 제2표면 30 : 반사경

40 : 광원 50 : 집광렌즈

60 : 액정패널 70 : 투사렌즈

80 : 스크린 100 : 광폭조절장치

본 발명은 광폭조절장치 및 이를 채용한 화상투사기에 관한 것으로, 특히 목표로 하는 곳의 종/횡의 크기 차이가 큰 경우에도 효율적으로 조명이 가능하도록 이루어진 광폭조절창치 및 이를 채용한 화상투사기에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 광폭조절장치는 프리즘이나 렌즈를 결합시키거나 조합시켜 빛의 폭을 줄여왔다.

제1도는 프리즘을 결합시킨 방식에 의해 광폭을 조절하는 방법을 도시한 것으로, 상기 도면에서 알 수 있듯이 향각이 a이고, 굴절률이 n인 제1프리즘(p1)에 대해 입사각이 i1이고 폭이 h인 빛이 들어오면 상기 제1프리즘(p1)에 의해 빛이 굴절되어 한번 꺾이게 되고, 꺾인 빛은 다시 향각이 a이고 굴절률이 n인 제2프리즘(p2)에 입사각 i1로 재입사되며, 상기 입사된 빛은 제2프리즘(p2)에 의해 다시 굴절되어 폭 h'를 갖는 빛으로 변환되어 진행하게 된다.

반면, 제2도는 케플러방식에 의해 렌즈를 조합시켜 광폭을 조절하는 방법을 도시한 것으로, 상기 도면에서 알 수 있듯이 폭이 h인 빛이 제1렌즈(L1)로 들어오면 상기 제1렌즈(L1)에 의해 빛은 굴절되어 촛점 F를 향해 진행하게 된다. 이 제1렌즈(L1)의 촛점과 같은 위치에 촛점을 갖는 제2렌즈(L2)를 상기 제1렌즈(L1)와 평행하게 놓게 되면, 굴절된 상기 빛은 폭 h'을 갖는 빛으로 변환되어 진행하게 된다.

그러나, 이와같은 방법으로 빛의 폭을 줄여오던 종래의 광폭조절장치들은 전술된 바와 같이 복수개의 부품들을 사용하기 때문에 그 위치의 정밀도가 중요하게 되어 구성에 어려움이 따르게 되며, 구성이 가능하더라도 제작비용이 올라가 가격이 올라가는 단점을 가지게 된다.

또한, 제2도에 도시된 케플러 방식에 따라 렌즈를 조합한 경우에는 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2)가 일정 거리를 확보해야 되기 때문에 전체 시스템(system)을 구성하게 될 경우, 세트 사이즈(set size)가 커지거나 광이용 효율의 저하와 같은 문제점을 야기시킬 수 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 부품을 단순화하면서도 빛의 폭을 용이하게 줄일 수 있도록 구성된 광폭조절장치와, 이 광폭조절장치를 채용하여 제조된 화상투사기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 광폭조절장치는, 지면에 대해 소정각도 a1이 기울어지도록 형성된 제1표면과, 상기 a1보다 큰 각도를 가지도록 지면에 대해 소정각도 a2로 기울어지며, 굴절율 n1인 매질을 통하여 제1표면으로 입사된 빛을 반사시키는 반사층을 갖는 제2표면으로 구성된 굴절율 n2의 광폭조절미러로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 광폭조절장치를 채용한 화상투사기는, 발광부인 광원과; 지면에 대해 소정각도 a1 기울어지도록 형성된 제1표면과, 상기 a1보다 큰 각도를 가지도록 지면에 대해 소정각도 a2로 기울어지며, 굴절율 n1인 매질을 통하여 제1표면으로 입사된 빛을 반사시키는 반사층을 갖는 제2표면으로 이루어진 굴절율 n2의 광폭조절미러로 구성되어, 상기 광원에서 투사된 빛의 광폭을 조절하는 광폭조절수단과; 상기 광폭조절수단을 통하여 출사된 H의 광폭을 갖는 빛을 집광시키는 집광렌즈와 그 집광렌즈 후면에 배치된 액정패널로 이루어진 화상표시수단과; 상기 화상표시수단에서 형성된 화상을 확대하는 투사렌즈와; 상기 투사렌즈에 의해 촛점이 맺힌 화상을 투영시키는 표시부인 스크린으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 구조를 가지도록 광폭조절장치와 이를 채용한 화상투사기를 구성시킴으로써 빛의 폭을 용이하게 H에서 H'으로 줄일 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 광폭조절장치의 구조 및 빛의 굴절원리에 의해 입사 및 출사되는 빛의 진로를 도시한 단면도를 나타내며, 제4도는 본 발명에 따른 광폭조절장치를 거쳐 출사되는 빛의 광폭변화를 도시한 단면도를 나타낸다.

상기 도면에서 알 수 있듯이 본 발명에 의한 광폭조절장치는 지면에 대해 소정각도 a1 기울어지도록 형성된 제1표면(10)과, 지면에 대해 소정각도 a2 기울어지며 굴절율 n1인 매질을 통하여 제1표면(10)으로 입사된 빛을 반사시키는 반사층을 갖는 제2표면(20)으로 구성된 굴절율 n2의 광폭조절미러로 구성된다.

이때, 제1표면(10)의 경사각 a1은 반사층을 갖는 제2표면(20)의 경사각 a2보다 작은 각도를 가지며, 상기 n1과 n2 간에는 n2n1의 관계가 성립하고, 상기 n2는 1.4 내지 2.0의 값을 갖는다.

따라서, 빛이 수직으로 광폭조절장치(100)로 입사하게 되면, 굴절법칙에 의해 출사각 a3을 가지고 제2표면(20)으로 진행하게 된다. 상기 제2표면(20)에서는 입사각이 a8이 되고 이 각도 그대로 반사되어 다시 제1표면(10)으로 입사하게 된다.

이때 상기 제1표면(10)에서의 입사각은 a10이며, 다시 굴절법칙에 의해 a11의 각도를 가지고 출사하게 되는데 이 각은 원래 입사한 빛에 수직으로 꺾여서 나가게 되는 것이다.

제2,제3의 빛을 추적(trace)해보면, 마찬가지 원리로 수직으로 출사되지만, 그 빛의 폭은 제4도에 도시된 바와 같이 H에서 H'으로 줄어들게 된다.

이를 보다 자세히 설명하면 아래와 같다. 즉,

a1; 제1표면의 경사각

a2; 제2표면의 경사각

a3; 제1표면으로의 입사각(=a1)

a4; 제1표면에서의 출사각(= sin^-1(n1*sin(a3)/n2))

a5=a3-a4

a6=n/2-a2

a7=n/2-a1

a8=n/2-a6-a7=a2-a1+a4

a9=n-a2-a7-a8=n/2+2*(a1-a2)-a4

a10=n/2-a9=2*(a2-a1)+a4

a11=sin^-1(n2*sin(a10)/n1) 일 때,

빛이 직각으로 진행되기 위한 조건은, a11=n/2-a1이고, n1=1.0이고 n2=n이라고 가정하면,

a2=a1+1/2*arcsin{[cos a1 * (n²-sin²a1)^1/2-sin a1*(n²-cos²a1)]/n²}의 값을 가지게 된다.

여기서, n1은 공기의 굴절율을 나타내며, n2는 유리의 굴절율을 나타낸다. 이때, 상기 n1은 공기의 굴절율 외에 n2보다 작은 굴절율을 갖는 다른 매질을 적용할 수도 있다.

예를 들어, n1=1이고, n2=1.5168(광학용유리재질 중 대표적인 재질인 Bk7)일때,

a1=30도인 경우 a2=37.78도이고,

a1=60도인 경우 a2=52.22도이다.

이때, H의 폭을 갖는 빛이 H'으로 다음과 같이 줄게 된다.

H'=H*tan(a1)+dL{sin(2×a8)/sin(a9)}*sin(a1)

여기서, dL은 제4도에서의 두께차이다.

이러한 결과는 빛을 광폭조절장치에 수직으로 입사시키는 것이 아니라 경사지게 입사시키는 경우에도 마찬가지로 적용된다.

또한, 이 장치는 빛이 입사되는 경로가 반대가 되도록, 즉 광폭 H'인 빛이 지면에 대해 a1 기울어지도록 형성된 제1표면(10)으로 입사된 후, 지면에 대해 a2로 기울어진 반사층을 갖는 제2표면(20)을 통해 광폭 H인 빛이 반사되도록, 광폭조절장치(100)의 제1표면(10)과 반사층을 갖는 제2표면(20)을 거꾸로 배치할 경우, 빛의 폭을 확대시키는 경우에도 적용할 수 있다. 이것은 화상투사장치에서 비디오신호가 4:3, 16:9로 들어오는 경우, 화면의 종횡비가 4:3화면을 16:9 화면으로 표시하는데 적용할 수 있음을 뜻한다.

이때, 빛이 반사되도록 처리한 제2표면(20)에 필요하지 않은 영역의 빛(예컨대, 자외선 또는 적외선 등)은 그대로 투과되도록 처리할 수도 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 광폭조절장치(100)는 화상표시수단(예컨대, LCD패널이나 필름 등)의 구성이 종횡의 크기가 틀린 경우에도 적용가능한데, 일 예로서, 제5도에는 상기 광폭조절장치가 부착된 본 발명의 제2실시예에 따른 화상투사기가 도시되어 있다.

상기 도면을 참고로 하여 그 기본구성을 살펴보면 아래와 같다.

즉, 본 발명에 따른 광폭조절장치가 부착된 화상투사기는 크게 발광부인 광원(40)과, 상기 광원에서 투사된 광폭 H인 빛을 받아들여 H'의 광폭으로 조절가능토록 하는 광폭조절장치(100) 및 상기 광폭조절장치(100)를 통해 출사된 H'의 광폭을 갖는 빛을 집광시키는 집광렌즈(50)와, 상기 집광렌즈(50) 후면에 배치된 액정패널(60)로 이루어진 화상표시수단과, 상기 액정패널(60)을 통해 나온 빛을 받아들여 그 액정패널(60)에서 형성된 화상을 확대하는 투사렌즈(70)와, 상기 투사렌즈(70)에 의해 촛점이 맺힌 화상을 투영시키는 표시부인 스크린(80)으로 이루어짐을 알 수 있다.

이때, 상기 화상투사수단의 구성요소 중의 하나인 집광렌즈(50)는 스킵(skip) 가능하며, 상기 광폭조절장치(100)는 제3도에서 언급된 바와 같이 지면에 대해 소정각도 a1 기울어지도록 형성된 제1표면과, 상기 a1보다 큰 각도를 가지도록 지면에 대해 소정각도 a2로 기울어지며, 굴절율 n1인 매질을 통하여 제1표면으로 입사된 빛을 반사시키는 반사층을 갖는 제2표면으로 이루어진 굴절율 n2의 광폭조절미러로 구성된다. 이 경우 역시 n2n1 및 a2a1의 관계가 성립된다.

따라서, 발광부인 광원(40)에서 투사된 폭 H인 빛이 반사경(30)을 거쳐 반사되면, 상기 반사된 빛은 광폭조절장치(100)를 구성하는 광폭조절미러로 입사되며, 상기 광폭조절미러에서는 폭 H인 빛을 받아들여 이보다 줄어든 H'의 광폭을 갖는 빛을 출사시키게 된다.

상기 광폭조절미러를 통해 출사된 H'의 광폭을 갖는 빛은 집광렌즈(50)에 의해 집광되며, 상기 집광렌즈(50)를 거친 빛은 후면에 배치된 화상형성부인 액정패널(60)로 투사된다. 여기서 상기 액정패널(60)은 필름으로 대체해서 사용할 수도 있다.

이어서, 상기 액정패널(60)을 통해 나온 빛은 화상확대부인 투사렌즈(70)를 거쳐 상기 액정패널(60)에서 형성된 화상을 확대하고, 상기 투사렌즈(70)에 의해 촛점이 맺힌 화상을 표시부인 스크린(80) 상에 투영시키게 되는 것이다.

그 결과, 목표로 하는 곳의 종횡의 크기 차이가 큰 경우에도 광폭조절장치에 의해 그것에 맞추어 효율적으로 조명을 할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부품을 단순화 하면서도 용이하게 빛의 폭을 H에서 H'으로 줄일수 있게 될 뿐 아니라 이를 액정투사기에 적용시켰을 경우, 상기 액정패널의 구성이 종횡의 크기가 틀린 경우에도 간단하게 빛의 광폭을 조절하여 효율적으로 조명을 할 수 있게 된다.

Claims

지면에 대해 소정각도(a1) 기울어지도록 형성된 제1표면과, 상기 소정각도(a1)보다 큰 각도를 가지도록 지면에 대해 소정각도(a2)로 기울어지며, 굴절율 n1인 매질을 통하여 제1표면으로 입사된 빛을 반사시키는 반사층을 갖는 제2표면으로 구성된 굴절율 n2의 광폭조절미러로 이루어진 것을 특징으로 하는 광폭조절장치.(이때, n2n1)
발광부인 광원과; 지면에 대해 소정각도(a1) 기울어지도록 형성된 제1표면과, 상기 소정각도(a1)보다 큰 각도를 가지도록 지면에 대해 소정각도 (a2)로 기울어지며, 굴절율 n1인 매질을 통하여 상기 제1표면으로 입사된 빛을 반사시키는 반사층을 갖는 제2표면으로 이루어진 굴절율 n2의 광폭조절미러로 구성되어, 상기 광원에서 투사된 빛의 광폭을 조절하는 광폭조절수단과; 상기 광폭조절수단을 통하여 출사된 빛을 집광시키는 집광렌즈와 그 집광렌즈 후면에 배치된 액정패널로 이루어져 화상을 형성하는 화상표시수단과; 상기 화상표시수단에서 형성된 화상을 확대하는 투사렌즈와; 상기 투사렌즈에 의해 촛점이 맺힌 화상을 투영시키는 표시부인 스크린으로 구성된 것을 특징으로 하는 광폭조절장치를 채용한 화상투사기. (이때, n2n1)
제2항에 있어서, 상기 화상표시수단의 액정패널은 필름으로 대체하여 구성된 것을 특징으로 하는 광폭조절장치를 채용한 화상투사기.
제1항에 있어서, 상기 제2표면의 경사각도 a2는, a1+1/2*arcsin{[cos a1 * (n²-sin²a1)^1/2-sin a1*(n²-cos²a1)]/n²}의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광폭조절장치.(이때, n2=n)
제1항에 있어서, 상기 n1은 공기의 굴절율인 것은 특징으로 하는 광폭조절장치.
제1항에 있어서, 상기 n2는 1.4 내지 2.0의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광폭조절장치
제2항에 있어서, 상기 제2표면의 경사각도 a2는, a1+1/2*arcsin{[cos a1 * (n²-sin²a1)^1/2-sin a1*(n²-cos²a1)]/n²}의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광폭조절장치를 채용한 화상투사기,(이때, n2=n)
제2항에 있어서 상기 n1은 공기의 굴절율인 것을 특징으로 하는 광폭조절장치를 채용한 화상투사기.
제2항에 있어서, 상기 n2는 1.4 내지 2.0의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광폭조절장치를 채용한 화상투사기.