KR100213101B1

KR100213101B1 - 반사형 프로젝트 장치

Info

Publication number: KR100213101B1
Application number: KR1019970013222A
Authority: KR
Inventors: 최순철
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR19980076500A

Abstract

임계각 프리즘을 채용하여 광의 진행경로를 변환시킬 수 있도록 된 반사형 프로젝트장치가 개시되어 있다.

이 개시된 반사형 프로젝트장치는 광을 생성 투사하는 광원과; 광원 쪽에서 입사된 광을 발산/집속 또는 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 광혼합수단과; 광혼합수단을 투과한 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 릴레이렌즈유니트와; 각각 독립적으로 구동되는 2차원 어레이 구조를 가지는 다수의 화소들을 포함하여 광원 쪽에서 입사된 광으로부터 화상을 생성하고 이를 반사시키도록 된 화상생성수단과; 광원 쪽에서 입사된 광을 투과시키고 화상생성수단에서 반사되어 재입사된 광을 반사시키도록 광경로 상에 기울어지게 형성된 투과/반사면을 가지는 임계각 프리즘과; 임계각 프리즘의 투과/반사면에서 반사되어 입사된 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반사형 프로젝트장치{Reflection type projector}

본 발명은 반사형 화상생성수단을 이용한 반사형 프로젝트장치에 관한 것으로서, 상세하게는 임계각 프리즘을 채용하여 광의 진행경로를 변환시킬 수 있도록 된 반사형 프로젝트장치에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝트장치는 화상생성수단에서 생성된 화상을 별도의 광원을 이용하여 스크린에 투영함으로써 화상을 제공하는 장치이다. 이 프로젝트장치는 상기한 화상생성수단의 형태에 따라 투광형과 반사형으로 구분된다.

도 1은 종래의 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다. 도시된 바와 같이, 광을 생성 조사하는 광원(10)과, 입사광선중 소정 색을 선택 투과시키는 칼라휠(20)과, 입사광을 혼합시켜 균일광이 되도록 하는 스크램블러(30)와, 집속렌즈(32)와, 콜리메이팅렌즈(34)와, 입사광의 진행경로를 변환하는 편광빔스프리터(40)와, 입사광을 선택적으로 반사시켜 화상을 생성하는 표시소자(50) 및 입사광을 스크린(미도시)에 투사시키는 투사렌즈유니트(60)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(10)은 광을 생성하는 메탈 할라이드, 크세논 등의 램프(11)와, 이 램프(11)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(13)으로 구성된다. 상기 칼라휠(20)은 상기 광원(10)과 상기 스크램블러(30) 사이의 광경로 상에 구동모터(21)에 의해 회전 가능하게 설치되며, 적(R), 녹(G), 청(B) 삼색 칼라필터가 휠 전체에 등분 배치된다. 이 칼라휠(20)은 후술하는 표시소자의 응답속도에 대응되게 회전하며, 상기 표시소자의 응답속도에 따라서 R, G, B 중 어느 한 칼라필터가 상기 광경로 상에 배치된다.

상기 스크램블러(30)는 입사광을 난반사시킴에 의해 광을 혼합시킴으로써 균일광이 되도록 한다. 상기 집속렌즈(32)는 상기 스크램블러(30)를 통과한 광을 집속 및 발산시켜 광의 투과폭을 확대한다. 상기 콜리메이팅렌즈(34)는 입사되는 발산광을 수렴시켜 평행광이 되도록 한다.

상기 편광빔스프리터(40)는 상기 콜리메이팅렌즈(34)와 표시소자(50) 사이의 광경로 상에 배치되며, 그 경면(41)에서 입사광의 편광성분에 따라 투과 및 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환시킨다. 즉, 상기 광원(10)쪽에서 입사되는 광은 그 편광성분 즉, P편광인지 S편광인지에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킨다. 도 1은 상기 편광빔스프리터(40)를 투과한 광을 유효광으로 이용한 예를 나타내었다. 상기 표시소자(50)로는 2차원 어레이 구조를 갖는 응답속도 특성이 뛰어난 강유전체 액정표시소자(FLCD: Ferroelectric Liquid Crystal Display)가 채용된다. 이 표시소자(50)는 2차원 어레이 구조의 다수의 반사영역을 가지며, 각각 독립적으로 구동되어 입사광의 편광방향을 변조시킴에 의해 화상을 형성한다.

상기 표시소자(50)에 입사된 광은 재반사되어 상기 편광빔스프리터(40)에 입사된다. 이때, 상기 편광빔스프리터(40)로 재입사되는 광은 상기 표시소자(50)에 의해 그 편광방향이 90도 바뀌게 되고, 상기 편광빔스프리터(40)의 경면(41)에서 반사되어 상기 투사렌즈 유니트(60) 쪽으로 향한다. 이 광은 상기 투사렌즈 유니트(60)를 투과하여 스크린(미도시)에 투사된다.

상기한 바와 같이, 구성된 종래의 반사형 프로젝트장치는 편광빔스프리터에 입사되는 입사광에 대하여 고정도의 평행성이 확보되지 않는 경우, 편광성분에 따른 투과/반사 특성이 저하되므로, 광원과 편광빔스프리터 사이에 위치되는 평행광을 형성하기 위해 편광빔스프리터에 입사되는 광의 폭을 크게 해야 하므로 편광빔스프리터와 투사렌즈유니트가 커지게 되어 가격이 상승하게 된다. 또한, 편광빔스프리터는 고가이므로 프로젝트장치의 제조원가 상승요인이 된다.

이러한, 점을 감안한 종래 반사형 프로젝트장치의 다른 유형으로 상기한 편광빔스프리터 대신 FLCD를 기울여 배치시킴에 의해 FLCD에 입사되는 광과 반사되는 광의 각도를 다르게 하여 광의 진행경로를 바꾸어 줄 수 있도록 된 장치가 있다. 이 경우, 상기 FLCD의 크기가 콜리메이팅렌즈보다 상대적으로 작으므로, 상기 FLCD와 상기 투사렌즈유니트 사이의 광학적 거리를 길게 하거나 FLCD의 기울임을 크게 하여 사용하여야 한다. 따라서, 광학적 거리가 길어지는 경우, 투사렌즈유니트의 구경이 커져야 하는 단점이 있고, FLCD의 기울임을 크게 하는 경우, FLCD와 투사렌즈유니트 사이의 광축정렬이 난해하다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서 임계각 프리즘을 채용하여 광의 진행경로를 변환시킴으로써, 편광빔스프리터의 사용을 배제함과 아울러 광학적 길이의 길어짐 없이 광학계들의 광축정렬이 용이하도록 된 반사형 프로젝트장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 3은 본 발명의 임계각 프리즘과, FLCD 사이의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110...광원 111...램프 113...반사경

120...칼라휠 121...칼라필터 123...구동부

130...광혼합수단 131...집속렌즈 132...제1파리눈렌즈

133...제2파리눈렌즈 135...스크램블러 140...릴레이렌즈유니트

141...수속렌즈 143...콜리메이팅렌즈 150...임계각 프리즘

160...화상생성수단 161...폴라라이저

163...강유전체 액정표시소자 165...애널라이저

170...투사렌즈유니트

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치는 광을 생성 투사하는 광원과; 각각 독립적으로 구동되는 2차원 어레이 구조를 가지는 다수의 화소들을 포함하여 상기 광원 쪽에서 입사된 광으로부터 화상을 생성하고 이를 반사시키도록 된 화상생성수단과; 상기 광원 쪽에서 입사된 광을 투과시키고 상기 화상생성수단에서 반사되어 재입사된 광을 반사시키도록 광경로 상에 기울어지게 형성된 투과/반사면을 가지는 임계각 프리즘과; 상기 임계각 프리즘의 투과/반사면에서 반사되어 입사된 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 반사형 프로젝트장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 광을 생성 투사하는 광원(110)과, 화상생성수단(160)과, 상기 광원(110)쪽에서 입사된 광을 투과시키고 상기 화상생성수단(160)에서 반사되어 재입사된 광을 반사시키도록 된 임계각 프리즘(150)과, 입사된 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트(170)를 포함하여 구성된다.

또한, 칼라화상을 구현하기 위하여 광원(110)에서 출사된 광을 파장에 따라 선택적으로 투과시켜 칼라를 선택하는 칼라휠(120)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 칼라휠(120)과 상기 임계각 프리즘(150) 사이의 광경로 상에 상기 광원(110)쪽에서 입사된 광을 발산/집속 또는 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 광혼합수단(130)과, 입사광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 릴레이렌즈유니트(140)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 광원(110)은 광을 생성하는 램프(111)와, 이 램프(111)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(113)을 포함한다. 상기 반사경(113)은 상기 램프(111)의 위치를 일 초점으로 하고, 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 하는 타원경이거나, 상기 램프(111)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 램프(111)에서 출사되고 상기 반사경(113)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경일 수 있다.

상기 칼라휠(120)은 상기 광원(110)과 상기 광혼합수단(130) 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 광원(110)쪽에서 입사된 광을 파장에 따라 선별 투과시키도록 광경로 상에 선택적으로 위치되는 적(R), 녹(G), 청(B) 삼색 칼라필터 또는 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M) 삼색 칼라필터(121)와, 이 칼라필터(121)를 회전 구동시키는 구동부(123)를 포함한다. 상기 칼라필터(121)는 휠 전체에 등분 배치된다. 상기 칼라휠(120)은 상기한 스크린(미도시)에 한 화면이 형성되는 동안 3회전하며, 상기 화상생성수단(160)의 응답속도에 대응되게 삼색 칼라필터 중 어느 한 칼라필터가 상기 광경로 상에 배치된다.

상기 광혼합수단(130)은 상기 칼라휠(120)을 투과한 광을 집속시키는 집속렌즈(131)와, 입사면 및/또는 출사면에 다수의 볼록부가 형성되어 각각 입사광을 집속시키며 서로 이웃되게 배치된 제1 및 제2파리눈렌즈(132)(133)를 포함한다. 상기 제1 및 제2파리눈렌즈(132)(133) 각각은 입사면 및/또는 출사면에 사각형상의 다수의 볼록부가 형성되어 각각 입사광을 집속시킨다. 상기 볼록부 각각의 형상에 있어서, 그 가로 대 세로의 비율은 후술하는 강유전체 액정표시소자(FLCD)(163)의 가로대 세로의 비율에 대응한다. 상기 제1파리눈렌즈(132)의 각 볼록부에 의해 수속된 광은 상기 제2파리눈렌즈(133)의 주변에 초점이 맺히게 되어 상기 광원(110)으로부터의 불균일 광을 혼합시켜 균일광이 되도록 한다.

상기 릴레이렌즈유니트(140)는 상기 광혼합수단(130)을 투과한 광을 FLCD(163)에 중첩하여 집속시킨다. 이를 위하여 상기 릴레이렌즈유니트(140)는 입사광을 발산시키는 수속렌즈(141)와, 상기 수속렌즈(141)와 상기 임계각 프리즘(150) 사이의 광경로 상에 배치되어 입사되는 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈(143)를 포함한다.

상기 임계각 프리즘(150)은 입사광의 진행 경로를 변환시키고, 상기 화상생성수단(160)은 상기 임계각 프리즘(150)을 경유한 입사광으로부터 화상을 생성한다.

상기 임계각 프리즘(150)은 상기 릴레이렌즈유니트(140)쪽에서 입사되는 광은 투과시키고 상기한 FLCD(163)에서 반사되어 입사된 광은 전반사 시키도록 된 투과/반사면(151)을 가진다. 도 3을 참조하면, 상기 투과/반사면(151)은 theta_i`로 투과하고, 상기 FLCD(163)에서 반사되어 재입사되는 광의 광축과 투과/반사면(151)의 법선 사이의 각 theta_o~는 임계각 theta_c 이상의 각도를 가지도록 배치된다. 이는 내부 전반사는 광이 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 진행할 때 경계면에서의 입사각이 임계각보다 클 경우 에너지의 손실 없이 반사되는 현상을 이용한 것이다. 여기서, 임계각 theta c=sin^-1(2차매질의 굴절률/1차매질의 굴절률)로 주어진다. 본 발명에 있어서는 1차매질은 임계각 프리즘이고, 2차매질은 공기이다. 따라서,theta_o~를 임계각 theta c보다 크게 하면 에너지 손실 없이 전반사가 일어난다.

상기 화상생성수단(160)은 폴라라이저(161)와, FLCD(163)와, 애널라이저(165)를 포함하여 구성된다. 상기 폴라라이저(161)는 상기 콜리메이팅렌즈(143)와 임계각 프리즘(150) 사이의 광경로 상에 배치되며, 무편광의 입사광이 선편광되도록 한다. 상기 FLCD(163)는 상기 임계각 프리즘(150)의 투과면(153)에 대향되게 배치된다. 여기서, 상기 FLCD(163)와 상기 투과면(153)은 서로 나란한 것이 바람직하다. 상기 FLCD(163)는 2차원 어레이 구조를 가지며 각각 독립적으로 구동하는 다수의 화소를 가지며, 이 각 화소별로 선택적으로 구동한다. 동일 편광방향의 선편광 또는 다른 편광방향의 선편광이 되도록 하고, 이를 상기 임계각 프리즘(150)쪽으로 반사시킨다. 상기 애널라이저(165)는 상기 임계각 프리즘(150)과 상기 투사렌즈유니트(170) 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 FLCD(163)에서 반사되어 상기 투과면(153)을 투과하고 상기 투과/반사면(151)에서 반사된 광을 그 편광방향에 따라 선택적으로 투과시킨다.

또한, 상기 화상생성수단으로 가동미러장치(이하, DMD; Digital Mirror Device)를 채용할 수 있다. 이 DMD는 임계각 프리즘(150)의 반사면(153a)에 대향되게 위치되며, 2차원 어레이 구조를 가지는 다수의 반사미러(미도시)를 포함한다. 각 반사미러는 입사광에 대하여 다양한 반사각을 가지도록 독립적으로 힌지 구동된다. 이에 따라 각 화소별로 입사각에 대한 반사각을 독립적으로 선택하여 화상을 생성한다. 이 DMD의 구조는 널리 알려져 있으므로 그 도면 및 자세한 설명은 생략한다.

상기 투사렌즈유니트(170)는 상기 임계각 프리즘(150)과 스크린(미도시) 사이에 배치되어, 입사광이 상기 스크린으로 향하도록 확대 투사시킨다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치를 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재이다.

본 실시예의 특징에 따르면, 상기한 광혼합수단(130)으로 입사광을 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 스크램블러(135)를 채용한다. 상기 스크램블러(135)는 광경로에 대해 수직한 입사면과 출사면을 가지는 직육면체 형상의 글래스이다. 상기 스크램블러(135)의 출사면(135a)에 있어서, 그 가로 대 세로 비율은 상기 FLCD(163)의 가로 대 세로 비율에 비례한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 동작을 설명한다.

도 2를 참조하면, 광원(110)에서 조사된 광은 칼라휠(120)을 투과하면서, 칼라가 선택되고, 광혼합수단(130) 예컨대, 집속렌즈(131), 제1 및 제2파리눈렌즈(132)(133)를 통과하면서 균일광이 되고, 릴레이렌즈유니트(140)를 투과하여 평행광이 된다. 이 평행광은 폴라라이저(161)를 통과하면서 일 편광방향의 선편광 광이 선택되어 투과되고, 상기 임계각 프리즘(150)을 투과하여 상기한 FLCD(163)에 입사된다. 상기 FLCD(163)는 각 화소별로 선택적으로 구동되어 한 화면을 이루는데 필요한 각 칼라성분에 대응하는 화상을 생성하여 반사시킨다. 이 광은 임계각 프리즘(150)에 재입사되고, 임계각 프리즘(150)의 투과/반사면(151)에서 반사된 후 애널라이저(165)에 입사된다. 애널라이저(165)는 입사광의 편광방향 중 일 편광 방향의 광을 투과시킨다. 이 투과된 광은 투사렌즈유니트(170)를 통과하여 스크린(미도시)에 맺히게 된다. 여기서, 한 화면의 구성은 각 칼라에 해당하는 화상을 상기 스크린에 순차로 중첩시킴에 의해 구현된다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치는 편광에 따른 광경로 변환시 광의 입사각에 민감한 편광빔스프리터의 사용을 배제하고, 임계각 프리즘을 채용함으로써 광학계 전체 길이의 늘어남 없이 광학계들의 광축정렬을 용이하게 할 수 있다.

Claims

광을 생성 투사하는 광원과;

각각 독립적으로 구동되는 2차원 어레이 구조를 가지는 다수의 화소들을 포함하여 상기 광원 쪽에서 입사된 광으로부터 화상을 생성하고 이를 반사시키도록 된 화상생성수단과;

상기 광원 쪽에서 입사된 광을 투과시키고 상기 화상생성수단에서 반사되어 재입사된 광을 반사시키도록 광경로 상에 기울어지게 형성된 투과/반사면을 가지는 임계각 프리즘과;

상기 임계각 프리즘의 투과/반사면에서 반사되어 입사된 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 화상생성수단은 입사광이 선편광되도록 상기 릴레이렌즈유니트와 상기 임계각 프리즘 사이의 광경로 상에 배치된 폴라라이저와;

상기 폴라라이저를 투과하고 상기 임계각 프리즘을 투과하여 입사된 광을 각 화소에 따라 독립적으로 선택된 편광방향을 가지는 선편광 광이 되도록 하고 이를 반사시키는 강유전체 액정표시소자와;

상기 임계각 프리즘과 상기 투사렌즈유니트 사이의 광경로 상에 배치되어 상기 투과/반사면에서 반사된 일 편광방향의 광을 투과시키는 애널라이저;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 화상생성수단은 이차원 어레이 구조를 가지며 각각 독립적으로 구동되는 다수의 반사미러를 포함하는 가동미러장치인 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 광원과 상기 임계각 프리즘 사이의 광경로 상에 배치되어, 상기 광원 쪽에서 입사된 광을 발산/집속 또는 난반사시켜 균일광이 되도록 하는 광혼합수단과, 상기 광혼합수단을 투과한 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 릴레이렌즈유니트가 더 포함된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제4항에 있어서, 상기 광혼합수단은 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키는 집속렌즈와, 입사면 및/또는 출사면에 다수의 볼록부가 형성되어 각각 입사광을 집속시키며 서로 이웃되게 배치된 제1 및 제2파리눈렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제4항에 있어서, 상기 광혼합수단은 입사광을 난반사시켜 균일광이 되도록 광경로에 대해 수직한 입사면과 출사면을 가지는 글래스로 된 직육면체 형상의 스크램블러인 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 릴레이렌즈유니트는 상기 광혼합수단을 투과한 광을 발산시키는 수속렌즈와, 상기 수속렌즈와 상기 임계각 프리즘 사이의 광경로 상에 배치되어 입사되는 발산광을 집속시키는 콜리메이팅렌즈를 포함하여 평행광이 출사되도록 된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광원과 상기 화상생성수단 사이에 배치되며, 상기 광원 쪽에서 입사된 광을 파장에 따라 선별 투과시키도록 광경로 상에 선택적으로 위치되는 다수의 칼라필터와, 이 칼라필터를 회전 구동시키는 구동부를 구비한 칼라휠을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.