KR100392858B1 - 펜타-프리즘을이용한lcd프로젝터용빔결합기 - Google Patents

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Abstract

LCD 프로젝션 텔레비젼 시스템용 빔 결합기는 세 개의 분리된 광원을 스크린 상으로 집속하는 펜타-프리즘을 이용한다. 빔 결합기로서 펜타프리즘의 사용은 컴팩트한 광 경로와 제조의 용이성 및 펜타 프리즘의 일부로서 비용 효율적인 이색성 거울 장치를 허용한다. 세 광원으로부터의 펜타-프리즘내의 광 경로는 상기 식별된 이점을 제공하는 직각 삼각형을 형성한다.

Description

펜타-프리즘을 이용한 LCD 프로젝터용 빔 결합기{BEAM COMBINER FOR LCD PROJECTOR UTILIZING A PENTA-PRISM}
다양한 타입의 프로젝션 텔레비젼 시스템이 개발되고 있고 최근에는 상업화되고 있다. 이러한 프로젝션 텔레비젼 시스템은 큰 화면을 제공하지만 표준 CRT에 기초한 시스템보다 훨씬 더 비싸고, 귀찮은 경향이 있고, 특히, 화면 상에 비교적 흐릿한 화상을 제공하는 경향이 있다. 프로젝션 텔레비젼 시스템의 비용과 크기는 물론 생성되는 화상은 이러한 시스템에서 사용되는 광학 시스템에 종종 직접적으로 의존한다.
종래 기술의 시스템에서 광학 시스템의 일 예가 1992.1.28. Thomas S. McKechnie에 허여된 "미국 특허 제5,084,807호"에 개시되어 있다. "미국 특허 제5,084,807호"에 상술된 종래 기술의 시스템이 도 1에 도시되는데, 상기 시스템은 세 개의 텅스텐 할로겐 램프로부터의 세 개와 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD)를 통과한 빛이 교차된 한 쌍의 이색성(dichroic) 거울과 이색성 프리즘을 통해 투과 및/또는 반사되는 장치를 상술한다. 상기 세 개의 LCD는 텔레비젼 화상의 레드(red), 그린(green) 및 블루(blue) 부분을 생성하는 세 개의 채널을 변조한다.
교차된 이색성 거울은 백색광(white light) 소스를 스펙트럼의 레드, 블루 및 그린 부분으로 분리한다. 이 세 색상 부분은 이색성 프리즘에 의해 재결합되고 재결합된 광은 프로젝션 렌즈를 통해 프로젝션 스크린으로 투사된다.
이러한 종래의 시스템이 많은 이점을 가지고 있지만, 제 1 세트의 교차된 이색성 거울과 제 2 세트의 이색성 거울 프리즘의 사용은 상기 장치의 복잡성과 크기를 증가시키고, 물론, 완성된 프로픽션 텔레비젼 시스템의 비용도 증가시킨다.
다른 종래 기술의 시스템은 1987.8.18.자로 Ledebuhr에게 허여된 "미국 특허 제4,687,301호"에 상술된다. 이 특허는 플루미콘(plumicon) 프리즘에 기초한 LCD 프로젝터를 상술한다. 이러한 종류의 시스템에서는 프리즘 장치를 상당히 크고 아주 비싸게 하는 상당량의 글래스(glass)가 사용되는데, 물론, 이것은 프로젝션 텔레비젼 시스템에서 결점이 된다.
다른 종래 기술의 LCD 프로젝션 시스템은 1991.4,30.자로 E. Dolgoff에게 허여된 "미국 특허 제5,012긴,274호"에 상술된다. 이 특허에 상술되는 상기 시스템은 세 개의 LCD 즉 레드, 그린, 그리고 블루 화상 데이타를 디스플레이하는 LCD를 이용한다. LCD의 각각은 적절한 색상의 광 즉, 레드, 그린 및 블루 광원으로 조명된다. 레드, 그린 및 블루 광원으로부터의 광은 집광장치(condenser)에 의해 집광되고, 시준 광학계(collimating optics)에 의해 시준되며, 일련의 이색성 거울을 통과해서 스크린 상에 완전한 색상의 화상을 형성하게 된다.
이 특허에 상술된 상기 시스템이 널리 사용되고 있지만, 약간의 결점을 가지고 있다. 특히, 사용되는 프로젝션 렌즈의 후방 초점(back focus)은 예를들면 다른 프리즘 디자인에서 발견되는 것보다 훨씬 더 크다. 이것은 이러한 시스템의 디자인과 생산을 아주 고가로 한다. 본질적으로, 상기 프로젝션 렌즈의 긴 후방 초점은 상업적이고 신뢰가능한 프로젝션 텔레비젼 시스템을 생산하는데 문제점이 된다.
따라서, 컴팩트한 광 경로를 가지고 제조하기에 단순하면서도 전방과 후방 프로젝션 둘 다에 대해 유용한 LCD 프로젝터용 빔 결합기를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 비용면에서 효과적인 이색성 거울 시스템을 갖는 LCD 칼라 프로젝션 텔레비젼 시스템을 생산하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소비자가 받아들일 수 있는 상업적 프로젝션 시스템에서 캐비넷 크기로 나타나는 단순하고, 저가이며, 제조하기 쉬운 프로젝션 텔레비전 시스템용 이색성 결합기를 제공하는 것이다.
프로젝션 텔레비젼의 분야와 거리가 먼 다른 종래 기술의 광학 시스템은 "Journal of the International Society of Optical Engineering, September 1994, Volume 33, Number 9"에 상술되어 있다. 이 시스템은 프로젝션 텔레비젼 시스템에 관련되지는 않지만, 고속 사진 촬영에 적합한 단일 축(single axis)의 삼원색 소스 시스템을 상술한다.
상술된 상기 시스템은 세 개의 백색 광원과, 다수의 시준 렌즈, 및 펜타 홀더(penta holder)내에 장착된 세 개의 이색성 필터로 구성되는 광학적 장치로 되어있다. 제 1 소스로부터의 광은 제 1 시준 렌즈를 통과해서 광의 평형 빔을 발생시킨다. 이 광은 그 다음 이색성 필터를 통과하는데, 상기 필터는 블루 및 그린 광은 반사하면서 레드 광만 투과시키도록 만들어졌다. 투과된 레드 광은 레드와 블루는 반사시키면서 그린만을 투과시키는 제 2 이색성 필터의 내부 표면에서 반사된다. 최종적으로, 상기 레드 빔은 제 3 필터에서 반사되는데, 상기 제 3 필터는 블루 광만을 투과시키도록 제작되었다. 결합된 레드, 그린 및 블루 광원은 펜타 장치를 통과하는데, 상기 광원은 시준 렌즈로 집속된다.
이색성 필터의 성능은 광 입사각에 매우 민감하므로 이 시스템의 이색성 필터는 특수 제작될 필요가 있다. 또한, 이 레퍼런스에서 상술된 펜타 홀더는 스테인레스 스틸 블럭과 상기 중요한 요소로 아주 정밀하게 만들어지고 광원은 블럭속으로 조여져 들어간 막대 상에 장착된다. 따라서, 이 시스템이 프로젝션 텔레비젼 시스템에 중요할 수도 있는 광학적 장치를 제공하지만, 이것은 아주 고가이고 특별한 제조 기술을 요구하는데, 상기 기술의 모두는 상업적 프로젝션 텔레비젼 시스템에서 사용되기에 부적절할 수도 있다.
본 발명은 전방 프로젝션과 후방 프로젝션 둘 다의 비디오 칼라 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 특히, 펜타-프리즘(penta-prism)을 이용한 LCD 프로젝션 텔레비젼 시스템용 빔 결합기에 관한 것이다.
도 1은 프로젝션 텔레비젼 시스템에서 빔 결합기로서 펜타-프리즘의 사용을 나타내는 도.
도 2는 펜타-프리즘을 사용하기 위한 특정 기하학도.
도 3A 내지 도 3C는 본 발명에 사용되는 이색성 거울의 투과 특성을 나타내는 도.
발명의 요약
본 발명에 따르면, 펜타-프리즘의 사용에 기초한 LCD 프로젝션 텔레비젼 시스템용 빔 결합기가 제공된다.
복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치는,
화상을 만들기 위해 매트릭스로 정렬된 다수의 픽셀들을 갖는 다수의 액정 디스플레이(LCD) 디바이스들과;
각각이 상기 LCD 디바이스들 각각의 제 1 측면에서 시준된 광을 향하게 하는 다수의 광원; 및
상기 LCD 디바이스들 각각의 제 2 측면에서 상기 시준된 광을 수신하고, 결합된 광을 각 광원으로부터 디스플레이 스크린으로 향하게 하는 펜타-프리즘의 형태로 정렬된 이색성 결합기를 포함한다.
레드, 그린, 및 블루 세 개의 시준된 광원은 세 개의 LCD 디스플레이 장치를 통과하도록 향해지고 펜타-프리즘의 세 면을 형성하는 세 개의 이색성 거울에 부딪친다.
레드 광은 제 1 이색성 거울을 통과해서 제 2 및 제 3 이색성 거울로부터 45°의 각으로 반사되고 그 후 디스플레이 스크린으로 향한다. 그린 광은 제 2 이색성 거울을 통과해서 제 3 이색성 거울로부터 45°의 각으로 반사되고, 그 후 디스플레이 스크린으로 향한다. 유사하게, 블루 광은 제 3 이색성 거울을 통과하고 디스플레이 스크린으로 향한다.
레드, 그린 및 블루 광원으로부터의 광에 대한 광 경로는 펜타-프리즘 내에 직각 삼각형을 형성하는 것이 본 발명의 이점이자 특징이다.
빔 결합기로서 펜타-프리즘의 사용은 제조하기 쉽고 비용 효과적인 이색성 거울 장치를 갖는 프로젝션 텔레비젼 시스템에서 컴팩트한 광 경로를 제공한다는 것이 본 발명의 다른 특징이다.
제 1 레드 이색성 거울이 제 2 그린 이색성 거울 상에 놓여질 수도 있는 레드 필터로서만 작용할 때 제 1 레드 이색성 거울은 본 발명의 프로젝션 텔레비젼 시스템의 구성에서 선택적이다고 하는 것이 본 발명의 다른 특징이다.
본 발명의 이들 및 다른 목적과 특징은 첨부된 도면과 함께, 이하 상세한 설명으로부터 충분히 평가될 것이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
도 1과 관련해서, 본 발명에 따른 펜타-프리즘의 사용에 기초한 LCD 프로젝션 텔레비젼 시스템용 빔 결합기가 도시된다.
도 1에는 하기에 상술될 프로젝션 텔레비젼 시스템에서 사용하기 위한 이색성 결합기가 도시되었음을 알 수 있다. 프로젝션 텔레비젼 시스템의 나머지 부분은 널리 공지되어 있기에 이하 본원에선 더 이상 설명되지 않을 것이다.
상기 시스템은 세 개의 광원(10,11,12)을 포함한다. 이들 광원은 프로젝션 TV 시스템에서 사용하기 위한 임의의 표준 타입이 될 수 있지만 바람직한 광원은1-3mm 범위의 아크(arc)를 갖는 금속 할로겐 아크 램프(metal halide arc lamps)이다. 이러한 광원은 백색광을 전송할 수 있고, 예를들면 레드 광원은 광원(10)으로 구성되고, 블루 광원은 광원(11)으로 구성되며, 그린 광원은 광원(12)으로 구성되는 레드, 그린 및 블루 광원 중 하나가 될 수 있다. 세 개의 광원 각각으로부터의 광은 시준 광학계(collimating optics;13,14,15)에 의해 시준된다. 상기 광이 시준된 후에, 상기 광은 각각 16,17,및 18에서 도시된 세 개의 LCD에 인가된다. 상기 세 개의 LCD는 결과적인 TV화상의 레드, 그린 및 블루 부분을 생성하기 위해 세 채널을 변조한다.
광이 세 개의 LCD(16,17,18)를 통과한 후에, 상기 광은 그 다음 이색성 거울(19,20,21)에 인가된다. 이색성 거울(19)은 레드 광을 투과시키고 이색성 거울(19)은 또한 레드 에지 필터(red edge filter)이다. 이색성 거울(21)은 레드 광을 반사시키고 그린 광을 투과시킨다. 유사하게, 이색성 거울(20)은 레드 및 그린 광을 반사시키고 블루 광을 투과시킨다.
따라서 소스(10)로부터의 레드 광은 LCD(16)와 이색성 거울(19)을 통과하고 이색성 거울(21,20)에서 반사되어 프로젝션 렌즈(22)를 향하게 된다. 유사하게, 소스(11)로부터의 블루 광은 레드 및 그린 광을 반사시키는 이색성 거울(20)을 통과하고 프로젝션 렌즈(22)를 향하게 된다. 또한, 광원(12)으로부터의 그린 광은 LCD(18)를 통과하고 이색성 거울(21)을 통과해서 이색성 거울(20)에서 반사되어 프로젝션 렌즈(22)를 향하게 된다. 적절한 디스플레이 스크린에서 텔레비젼 화상을 볼 수 있는 시청자(viewer)는 23으로 도시되었다.
도 1은 거울(19,20,21)로 도시된 이색성 거울이 펜타-프리즘의 세 면을 형성하는데 크기, 가격 및 프로젝션 TV 시스템을 생성할 때 복잡성 면에서 상당한 이점으로 나타난다. 이색성 거울에 대한 특정 각은 도 2와 관련해서 하기에 상술될 것이다.
이제 도 2와 관련해서, 이색성 거울(19,20,21)이 도시되는데, 그것은 도 1에 도시된 것과 유사한 이색성 거울이다. 도시된 바와 같이, 레드 광원은 이색성 거울 (19)에 대해 90°의 각을 갖는다. 유사하게, 블루 광원은 이색성 거울(20)에 대해 112.5°의 각을 갖는다. 마지막으로, 그린 광원은 이색성 거울(21)에 대해 112.5°의 각을 갖는다. 또한, 상기 언급한 바와 같이, 레드 광원은 이색성 거울(20)을 통과하고, 이색성 거울(21,20)에서 45°의 각도로 반사되고, 그 후 도 1의 22에서 도시된 프로젝션 렌즈를 향해 아래쪽으로 향하게 된다. 유사하게, 블루 광원은 이색성 거울(20)을 통과해서 프로젝션 렌즈를 향하게 되고, 한편 그린 광원은 이색성 거울(21)을 통과하고, 이색성 거울(20)에서 45°의 각도로 반사되고 또한 프로젝션 렌즈(22)를 향하게 된다. 따라서, 도 2의 24에서 도시된 펜타-프리즘 장치의 조합은 세 개의 광원으로부터 완전한 텔레비젼 화상을 생성하게 된다.
펜타-프리즘 내부의 레드 광원에 대한 광 경로는 직각 삼각형의 세 면을 형성하고, 그린 광원으로부터의 광 경로는 직각 삼각형의 두 면을 형성하고, 블루 광원으로부터의 광 경로는 직각 삼각형의 한 면을 형성하는 것을 주지하는 것이 중요하다.
펜타-프리즘 빔 결합기를 사용해서 얻어지는 이점은 상기 결합기가 전방 또는 후방 프로젝션 시스템에서 사용될 수 있고, 직각 삼각형 형태의 아주 컴팩트한 광 경로를 가지고, 제조하기가 용이하며, 비용 효율적인 이색성 거울을 이용한다는 것이다.
레드 이색성 거울은 그것이 단지 레드 필터이기 때문에 선택적이고 따라서 상기 레드 이색성 거울은 상기 상술한 바와 같이 그린 이색성 거울 상에 위치될 수 있음을 또한 주지해야 한다.
이색성 거울에 대한 각 오차 허용은 거울 각각의 각 면을 가로지르는 10 전파(full wave) 정도의 편평함에 대해 5-10분(arc minutes)의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
이제 도 3에 의하면, 도 1 및 2와 관련해서 상기 상술된 이색성 거울의 투과 특성이 도시된다. 특히, 도 3A에 블루와 그린에 대해 반사성을 가지며 광원으로부터의 레드를 투과시키는 이색성 거울(19)이 도시된다. 이색성 거울(21)은 선택적인 레드 필터의 사용으로 그린을 투과시키고 블루와 레드를 반사시킨다. 유사하게, 도 3C에 도시된 바와 같이, 이색성 거울(20)은 블루를 투과시키고 그린과 레드를 반사시킨다.
본 발명의 상술한 설명이 도해되었고, 상술된 구성의 세세한 것 뿐만 아니라 크기, 모양, 및 물질에서의 다양한 변화는 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 첨부된 특허 청구의 범위 내에서 행해질 수 있다.

Claims (10)

  1. 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치에 있어서,
    화상을 만들기 위해 매트릭스에 정렬된 다수의 픽셀들을 갖는 다수의 액정 디스플레이(LCD) 디바이스들과;
    각각이 상기 LCD 디바이스들 각각의 제 1 측면에서 시준된 광을 향하게 하는 다수의 광원들; 및
    상기 LCD 디바이스들 각각의 제 2 측면에서 상기 시준된 광을 수신하고, 결합된 광을 각 광원으로부터 디스플레이 스크린으로 향하게 하는 펜타-프리즘 (penta-prism)의 형태로 정렬된 이색성 결합기(dichroic combiner)를 포함하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 광원들은 레드(red) 광원, 그린(green) 광원, 및 블루(blue) 광원을 포함하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 이색성 결합기는 레드 광을 투과시키는 제 1 이색성 거울과, 레드 광을반사시키고 그린 광을 투과시키는 제 2 이색성 거울, 및 블루 광을 투과시키고 레드 및 그린 광을 반사시키는 제 3 이색성 거울을 포함하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 레드 광원으로부터의 광은 상기 제 1 이색성 거울에 90°의 각도로 충돌하고, 상기 그린 광원으로부터의 광은 상기 제 2 이색성 거울에 112.5°의 각도로 충돌하며, 상기 블루 광원으로부터의 광은 상기 제 3 이색성 거울에 112.5°의 각도로 충돌하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 레드 광원으로부터의 광은 상기 제 1 이색성 거울을 투과하고, 상기 제 2 이색성 거울로부터 45°의 각도로 반사되고, 상기 제 3 이색성 거울로부터 45°의 각도로 반사되며, 상기 디스플레이 스크린에 90°의 각도로 충돌하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 블루 광원으로부터의 광은 상기 제 3 이색성 거울을 투과하고 상기 디스플레이 스크린에 90°의 각도로 충돌하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 그린 광원으로부터의 광은 상기 제 2 이색성 거울을 투과하고, 상기 제 3 이색성 거울로부터 45°의 각도로 반사되며 상기 디스플레이 스크린에 90°의 각도로 충돌하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1, 제2 및 제 3 이색성 거울은 상기 펜타-프리즘의 세 면을 포함하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 이색성 거울을 투과하고 상기 제 2 이색성 거울로부터 반사되고 상기 제 3 이색성 거울로부터 반사되어, 상기 디스플레이 스크린으로 향하게 되는, 상기 레드 광원으로부터의 광의 광 경로는, 직각 삼각형의 세 면을 형성하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 이색성 거울을 투과하고 상기 제 3 이색성 거울로부터 반사되어상기 디스플레이 스크린으로 향하는, 상기 그린 광원으로부터의 광의 광 경로는, 직각 삼각형의 두 면을 형성하고,
    상기 제 3 이색성 거울을 투과하고 상기 디스플레이 스크린으로 향하는, 상기 블루 광원으로부터의 광의 광 경로는, 직각 삼각형의 한 면을 형성하는, 복합 칼라 비디오 화상을 디스플레이 스크린 상에 투사하기 위한 장치.
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