KR100312498B1

KR100312498B1 - 편광변환장치

Info

Publication number: KR100312498B1
Application number: KR1019980054544A
Authority: KR
Inventors: 김영운
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2001-12-28
Also published as: KR20000039264A

Abstract

본 발명은 광빔의 편광효율을 높이도록 구성된 편광변환장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 편광변환장치는 광원과, 광원으로부터의 광을 집속시키는 다수의 렌즈들을 포함한 제1 렌즈어레이와, 제1 렌즈어레이로부터 입사되며 서로 다른 광축을 가지는 제1 및 제2 선편광 중 어느 하나를 투과시킴과 아울러 다른 선편광을 반사시키는 다이크로익면과 다이크로익면을 투과한 선편광을 반사시키는 반사면을 가지는 평판 프리즘과, 반사면에 의해 반사된 선편광을 다이크로익면으로부터 반사된 선편광과 동일한 광축의 선편광으로 변환하기 위한 λ/2판과, 평판 프리즘의 다이크로익면과 λ/2판으로부터 입사되는 선편광을 특정방향으로 진행시키는 제2 렌즈어레이를 구비한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 편광변환장치는 편광변환효율을 증대시킴과 아울러, 빛의 진행방향이 바뀌는 것을 방지하여 광효율을 향상시키게 된다.

Description

편광변환장치 (Apparatus of Beam Polarizing Transfer)

본 발명은 광빔의 편광특성을 변환시키는 변광편환장치에 관한 것으로, 특히 광빔의 편광효율을 높이도록 구성된 편광변환장치에 관한 것이다.

통상적으로 광원과 조명계로 구성되어 필름, 화상 등을 확대하여 스크린에 투사하는 프로젝터(Projector)에는 음극선관을 채용한 프로젝터들이 일반화 되어 있으며, 최근에는 액정을 장착한 프로젝터들이 보급되고 있는 추세이다. 상기 액정프로젝터들은 광원으로 부터의 광빔을 효율적으로 액정판넬에 입사시키기 위한 조명계를 구비한다. 한편, 상기 조명계에서 액정판넬로 입사되는 광빔은 편광이어야 하고 이를 위해 편광판을 사용하게 되는데, 편광판 자체의 특성으로 인해 광효율이 40% 이하로 떨어지게된다. 이로인해, 대부분의 조명계에서는 편광판 대신 편광 빔 스프리터(Polarizing Beam Splitter; 이하 "PBS"라 한다)를 주로 사용하고 있다.

도 1을 참조하면, 단판식 액정프로젝터의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 단판식 액정프로젝터는 광빔을 발생하는 광원(2)과, 광빔을 평행하게 진행시키는 반사경(4)과, 광빔을 액정패널(8)로 집속시키는 콘덴싱렌즈(6)와, 광빔의 편광특성을 변환시키는 제1 및 제2 편광판(10a,10b)과, 영상신호에 대응하여 상기 광빔의 투과량을 조절하는 액정패널(8)과, 액정패널의 화상을 스크린에 결상시키는 투사렌즈(12)를 구비한다. 광원에서 발생된 광빔은 콘덴싱렌즈(6)에의해 집속되어 액정패널(8)로 진행하게된다. 이 과정에서 무편광빔은 제1 및 제2 편광판(10a,10b)에 의해 수직선편광(P파) 또는 수평편광판(S파)이 흡수되므로 빛의 세기가 절반(50%)으로 감소하게 된다. 이렇게 편광된 광빔은 액정패널(8)에 인가되는 영상신호에의해 그레이 스케일이 구현된다. 또한, 투사렌즈(12)에의해 액정패널(8)에 형성된 화상은 스크린(도시되지 않음)에 확대투사되어 결상되게 된다. 상기의 조명계에서는 평관판에 의해 광원의 빛이 50%이상 손실되므로 고휘도 프로젝터를 구현하는데 어려움이 따르게 된다.

도 2를 참조하면, 3판식 액정프로젝터의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 3판식 액정프로젝터는 광빔을 발생하는 광원(2)과, 광빔을 평행하게 진행시키는 반사경(4)과, 특정파장을 갖는 광빔은 투사시킴과 아울러, 그외의 파장을 갖는 광빔은 반사시키는 다이크로익미러(14)와, 영상신호에 대응하여 상기 광빔의 투과량을 조절하는 액정패널(8)과, 액정패널(8)의 광빔을 합성하는 다이크로익 프리즘(17)과, 액정패널(8)의 화상을 스크린에 결상시키는 투사렌즈(12)를 구비한다. 제1 다이크로익 미러(14a)는 적색(R)광빔을 투과시킴과 아울러 녹색(G) 및 청색(B) 광빔은 반사시키게 된다. 제2 다이크로익 미러(14b)는 청색(B) 광빔을 투과시킴과 아울러, 녹색(G) 광빔을 반사시키게 된다. 또한, 제1 내지 제3 전반사미러(16a 내지 16c)는 광빔을 경로를 수직으로 진행시키게 된다. 또한, 적색, 녹색 및 청색 액정패널(8R,8G,8B)은 각각의 광빔의 투과량을 조절하게 된다. 액정패널(8)에서 형성된 화상은 다이크로익 프리즘(17)에서 합성되어 칼라를 구현하게 된다. 또한, 투사렌즈(12)에의해 다이크로익 프리즘(17)에 합성된 화상은 스크린(도시되지 않음)에 확대투사되어 결상되게 된다. 그러나, 상기의 조명계에서도 편광판을 사용하므로 광원의 빛이 50%이상 손실되므로 고휘도 프로젝터를 구현하는데 어려움이 따르게 된다. 이에따라, 고휘도 프로젝터를 구현하기위해 PBS어레이(18)를 채용한 액정프로젝터가 제안되고 있다. 도 3을 결부하여 PBS어레이(18)의 동작에 대하여 살펴보기로 한다. 도 3에 도시된바와같이, 광원에서 발생된 백색광에는 수직 선편광(P파)과 수평 선편광(S파)이 포함되어 있다. 광빔이 PBS(18)의 다이크로익 미러면(18a)에 입사될 경우, 수직 선편광(P파)은 투과되며 수평 선편광(S파)은 반사되어 전반사 미러면(18b)쪽으로 진행한후, 전반사 미러에 의해 반사되어진다. 한편, λ/2판(20)은 전반사 미러가 형성된 곳에 부착되어 수평 선편광(S파)을 수직 선편광(P파)으로 광빔의 편광특성을 변환시켜 준다. 이로인해, 수직 선편광(P파)과 수평 선편광(S파)을 포함하던 광빔은 수직 선편광(P파)만을 가지게 되어 편광판을 사용하는 경우에 비해 광빔의 효율을 높일수 있다. 그러나, 이 경우 PBS(18)에 입사되는 빛의 폭이 2배가 되는 어려움이 있다. 이에따라, 렌즈어레이(22,24)를 채용한 액정프로젝터가 제안되고 있다. 도 4 및 도 5를 결부하여 이에 대하여 살펴보기로 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈어레이(22)에 입사된 백색광은 제2 렌즈어레이(24)를 경유하여 PBS어레이(18)에 입사되어 도 3과 동일한 원리에 의해 편광되게 된다. 이 경우, 빛의 폭이 커지는 것을 방지할 수 있으나, 가공성이 저하되게 된다. 한편, 도 5에 도시된바와같이 제1 렌즈 어레이(22)에 입력된 백색광은 웨지프리즘(26)으로 진행하게 된다. 백색광중 수평선편광(S파)은 웨지프리즘의 제1 반사면(26a)에서 반사되어 제2 렌즈어레이(24)로 진행하게 된다. 반면에 백색광 중 수직선편광(P파)은 웨지프리즘(26)의 제2 반사면(26b)에서 반사되어 λ/2판(20)으로 진행하게 된다. 이하, PBS어레이(18) 및 λ/2판(20)에서의 편광변환은 도 3과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이 경우, 빛의 폭이 커지는 것을 방지함과 아울러, 가공성이 우수한 점이 있으나, 수직선편광(P파)과 수평선편광(S파)의 빛 진행방향이 달라지는 단점이 있다. 이로 인해, 고휘도 프로젝터를 구현하기위해 광빔의 평광변환 효율을 높일 수 있는 편광변환장치가 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 광빔의 편광효율을 높이도록 구성된 편광변환장치를 제공하는데 있다.

제1도는 종래의 단판식 프로젝터의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

제2도는 종래의 3판식 프로젝터의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

제3도는 편광변환원리를 설명하기위해 도시한 도면.

제4도는 종래의 편광변환장치를 설명하기 위해 도시한 도면.

제5도는 제4도의 다른 예를 설명하기 위해 도시한 도면.

제6도는 본 발명의 일실시예에 따른 편광변환장치를 도시한 도면.

제7도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광변환장치를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 광원 4 : 반사경

6 : 콘덴싱렌즈 8 : 액정패널

10 : 편광판 12 : 투사렌즈

14 : 다이크로익 렌즈 16 : 전반사미러

18 : 편광빔스프리터 어레이 20,30 : λ/2판

22,32 : 제1 렌즈어레이 24,34 : 제2 렌즈어레이

26 : 웨지 프리즘 36 : 평판미러

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 편광변환장치는 광원과, 광원으로부터의 광을 집속시키는 다수의 렌즈들을 포함한 제1 렌즈어레이와, 제1 렌즈어레이로부터 입사되며 서로 다른 광축을 가지는 제1 및 제2 선편광 중 어느 하나를 투과시킴과 아울러 다른 선편광을 반사시키는 다이크로익면과 다이크로익면을 투과한 선편광을 반사시키는 반사면을 가지는 평판 프리즘과, 반사면에 의해 반사된 선편광을 다이크로익면으로부터 반사된 선편광과 동일한 광축의 선편광으로 변환하기 위한 λ/2판과, 평판 프리즘의 다이크로익면과 λ/2판으로부터 입사되는 선편광을 특정방향으로 진행시키는 제2 렌즈어레이를 구비한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명 하기로 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 편광변환장치는 백색광을 집속시키는 제1 렌즈어레이(32)와, 광빔을 각각의 선편광에 대응하도록 반사시키는 평판프리즘(36)과, 광빔의 편광특성을 변환시키는 λ/2판(30)과, 편광된 광빔을 균일하게 진행시키는 제2 렌즈어레이(34)를 구비한다. 제1 렌즈어레이(32)와 제2 렌즈어레이(34)는 서로 수직으로 배치되어 있으며 이 사이에 소정의 각도(예를들면, 45°)를 갖도록 평판 프리즘(36)이 배치되어 있다. 제1 렌즈어레이(32)를 경유한 광빔은 평판프리즘(36)으로 집속된다. 상기 백색광은 평판 프리즘(36)의 다이크로익 미러면(36a)에 의해 수직선편광(P파)은 반사되고 수평선평광(S파)은 그대로 투과되어 전반사미러면(36b)으로 진행된다. 다이크로익 미러면(36a)에서 반사된 수직선편광(P파)은 제2 렌즈어레이(34)로 진행된다. 전반사미러면(36b)에서 반사되어 진행하는 수평선편광(S파)은 λ/2판(30)에 의해 수직선편광(P파)으로 변환되어 제2 렌즈어레이(34)로 진행하게 된다. 이때, λ/2판(30)은 평판 프리즘(36)에 부착되어 있다. 또한, 평판 프리즘(36)의 두께에 의하여 수직선편광 및 수평선편광의 분리폭이 결정되게 되므로, 설계자의 의도에 따라 평판 프리즘의 두께를 조절하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 편광변환장치는 평판 프리즘을 사용하므로 가공성이 우수함과 아울러, 수직선편광 및 수평선편광의 빛의 진행방향이 바뀌지 않게 된다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 편광변환장치는 백색광을 집속시키는 제1 렌즈어레이(32)와, 광빔을 각각의 선편광에 대응하도록 반사시키는 평판 프리즘(36)과, 광빔의 편광특성을 변환시키는 λ/2판(30)과, 편광된 광빔을 균일하게 진행시키는 제2 렌즈어레이(34)를 구비한다. 제1 렌즈어레이(32)와 제2 렌즈어레이(34), λ/2판(30) 및 평판 프리즘(36)의 동작 및 기능은 도 6과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 본 발명의 다른 실시 예에는 λ/2판(30)이 제2 렌즈어레이(34)에 부착된 특징이 있다. 또한, 설계자의 의도에 따라 제2 렌즈어레이(34)의 렌즈셀의 개수를 제1 렌즈어레이(32)의 렌즈셀의 개수보다 소정의 배수(예를들면, 2배)를 갖도록 형성할 수도 있을 것이다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 편광변환장치는 평판 프리즘을 사용하므로 가공성이 우수함과 아울러, 수직선편광 및 수평선편광의 빛의 진행방향이 바뀌지 않게 된다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 편광변환장치는 편광변환효율을 증대시켜 광효율을 향상시킴과 아울러, 가공성이 우수하며 빛의 진행방향이 바뀌는 것을 방지하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 편광변환장치는 편광변환효율을 증대시킴과 아울러, 빛의 진행방향이 바뀌는 것을 방지하여 광효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 편광변환장치는 가공성이 우수한 장점이 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims

광원과, 상기 광원으로부터의 광을 집속시키는 다수의 렌즈들을 포함한 제1 렌즈어레이와, 상기 제1 렌즈어레이로부터 입사되며 서로 다른 광축을 가지는 제1 및 제2 선편광 중 어느 하나를 투과시킴과 아울러 다른 선편광을 반사시키는 다이크로익면과 상기 다이크로익면을 투과한 선편광을 반사시키는 반사면을 가지는 평판 프리즘과, 상기 반사면에 의해 반사된 선편광을 상기 다이크로익면으로부터 반사된 선편광과 동일한 광축의 선편광으로 변환하기 위한 λ/2판과, 상기 평판 프리즘의 다이크로익면과 λ/2판으로부터 입사되는 선편광을 특정방향으로 진행시키는 제2 렌즈어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광변환장치.
제1항에 있어서, 상기 λ/2판이 상기 평판 프리즘의 다이크로익면 상에 부착된 것을 특징으로 하는 편광변환장치.
제1항에 있어서, 상기 λ/2판이 상기 제2 렌즈어레이의 입사면 상에 부착된 것을 특징으로 하는 편광변환장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈어레이의 렌즈 수는 상기 제1 렌즈어레이의 렌즈 수에 대하여 2배로 설정되는 것을 특징으로 하는 편광변환장치.
제1항에 있어서, 상기 다이크로익면과 반사면 사이의 거리에 의해 상기 제1 선편광과 제2 선편광 사이의 분리폭이 결정되는 것을 특징으로 하는 편광변환장치.