KR100421859B1 - 투사형 영상표시기기의 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투사형 영상표시기기의 광학계 구조에 관한 것으로서, 투사렌즈 후방의 광학계 구성이 2단계로 이루어지도록 함으로써 기기의 깊이 방향 사이즈를 축소시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 빔을 조사하는 광원인 램프(1)와, 상기 램프에서 나온 빔중 가시광만을 투과시키는 자외선-적외선 차단 필터(UV-IR Cut filter)(40)와, 빔의 분포성을 향상시키는 플라이 아이 렌즈(fly eye lens)(3,5)와, 편광되지 않은 빔을 편광시키는 평판형 편광분리기(flat-type polarizing beam splitter)(6)와, 빔의 방향을 전환시키는 제1 내지 제4반사경(4,8,24,26)과, 특정 색의 빔을 선별하여 반사하는 색선별 거울(dichroic mirror)(10)과, 빔을 집광하는 제1 내지 제7집광렌즈(7,9,11,16,20,25,50)와, 청색영역과 녹색영역 및 적색영역의 빔을 각 빔의 편광상태에 따라 반사 또는 투과시키는 각색별 편광분리기(12,17,27,22)와, 화상을 형성하여 반사하는 각 색깔별 LCD(14,19,29)과, 빔의 편광 상태를 변환시키는 λ/2 파장판(15,21,30) 및 λ/4 파장판(13,18,23,28)과, 빔을 합성하는 색선별 프리즘(dichroic prism)(31)과, 합성된 빔을 확대 투사하는 투사렌즈(32)를 포함하여 구성되며, 상기 투사렌즈(32)를 제외한 구성요소가 상기 투사렌즈(32) 후방에 2행(行) 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 투사형 영상표시기기의 광학계가 제공된다.

Description

투사형 영상표시기기의 광학계{optical system of projection-type video display appliance}

본 발명은 투사형 영상표시기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 투사형영상표시기기의 광학계 구성을 개선하여 기기의 깊이 방향 사이즈를 축소시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 투사형 영상표시기기는 투사광학계를 이용하여 화상을 확대 투사하는 기기로서, 그 예로서는 LCD 프로젝터(Liquid Crystal Display Projector)와 CRT 프로젝터(Cathod Ray Tube Projector), DLP 프로젝터(Digital Light Processing Projector)등이 있다.

한편, LCD 프로젝터는 R·G·B 3색의 컬러 필터를 장착한 LCD 1장으로 이루어진 단판식과, 광원인 램프에서 발광된 백색광을 색선별 거울(Dichroic Mirror)를 통해 RGB로 분리한 다음 각 광로에 배치된 모노LCD를 거쳐 색선별 프리즘에 의해 재합성되어 투사렌즈를 통해 스크린에 투사하는 방식인 3판식으로 나뉜다.

이 때, 색선별 거울은 램프에서 발광된 백색광을 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)으로 분리해주는 역할을 한다. 상기 색선별 거울은 유리표면에 유전체다층막을 입힌 것으로 빔의 간섭을 이용해 빔을 선택적으로 반사, 투과시킨다.

한편, 상기 단판식 LCD 프로젝터는 램프에서 발산된 백색광을 컬러 필터를 장착한 LCD에 통과시켜, LCD에 맺혔던 화상을 투사렌즈를 통해 확대, 투사한다. 3판식에 비해 디자인이 심플하고 저가이며, 경량(輕量)인 이점이 있지만, 컬러필터에 의한 빔의 손실이 많기 때문에 고휘도화 제품제작이 어렵고 냉각방식에도 맹점이 있다.

그리고, 3판식 LCD 프로젝터는 컬러필터가 없어 필터에 의한 빔의 손실이 없어 고휘도의 LCD를 사용하더라도 우수한 해상력을 갖는다. 그러나 백색광을 분리,합성하는 광학계 및 RGB의 각 광로에 3개의 LCD이 필요하므로 가격이 상대적으로 고가인 단점이 있다.

도 1은 기존의 반사형 LCD를 이용한 3판식 투사형 영상표시기기의 광학계 구성예를 나타낸 것으로서, 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광원인 램프(1)에서 방사된 빔은 포물면경(2)에 의해 반사되어 평행광이 되어 자외선-적외선 차단 필터(3)로 향하게 된다. 이 때, 상기 자외선-적외선 차단 필터(3)는 자외선-적외선 계열의 빔은 반사시켜 LCD로 향하지 않도록 하고 가시광(380nm-780nm)만 투과시키는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 자외선-적외선필터(3)를 통과한 가시광은 제1플라이 아이 렌즈(4) 및 제2플라이 아이 렌즈(5)를 지나게 되며, 상기 플라이 아이 렌즈(4,5)에 의해 입사되는 빔의 분포가 고르게 된다.

그리고, 상기 플라이 아이 렌즈(4,5)를 지나면서 고르게 분포된 빔은 평판형 편광분리기(6)(flat-type polarizing beam splitter)를 통과하면서 편광된다.

또한, 평판형 편광분리기(6)를 통과하면서 편광된 빔은 제1집광렌즈(7)를 지나면서 집광되어 제1반사경(8)으로 진행하게 되며 제1반사경(8)에 의해 광로를 바꾸어 제2집광렌즈(9)로 향하게 되며, 제2집광렌즈(9)를 지나면서 다시 한번 집광된다. 이 때, 상기 제1 및 제2집광렌즈(7,9)는 광학계 전체의 빔 이용 효율을 높이는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 제2집광렌즈(8)를 통과한 빔은 제1색선별 거울(10)을 통과하게 되는데, 상기 제1색선별 거울(10)은 녹색 및 적색 영역의 빔은 반사시키고 청색 영역의 빔만 투과시키게 된다. 계속해서, 제1색선별 거울(10)을 투과한 청색 영역의 빔은 제2반사경(12)에 의해 광로를 바꾸어 편광자(14)(偏光子; polarizer)를 거쳐 청색용 편광분리기(17)으로 입사된다. 이 때, 상기 편광자(14)는 평판형 편광분리기(6)를 거쳐 나오면서도 편광이 이루어지지 않은 빔 성분을 걸러내는 역할을 하게 되며, 상기 청색용 편광분리기(17)은 입사된 빔의 편광 상태에 따라 빔을 반사 또는 투과시키는 수단으로서, 입사된 빔의 편광상태가 P파인 경우에는 투과시키고 S파인 경우에는 반사시키는 기능을 하게 된다.

따라서, 청색용 편광분리기(17)으로 입사된 빔 중에서 편광상태가 S파인 빔은 청색용 편광분리기(17)의 빗면에서 반사되어 청색반사형 LCD(20)로 입사되며, 입사된 빔은 상기 청색반사형 LCD(20)에 인가되는 화상전기신호에 따라 편광상태가 제어된다.

즉, 상기 청색반사형 LCD(20)에 전압이 인가되면 편광상태가 S파인 빔은편광상태가 P파로 변환되며, P파로 변환된 빔은 청색용 편광분리기(17)으로 다시 입사된다. 이 때, 상기 청색용 편광분리기(17)은 특성상 P파의 빔은 투과시키게 되며, 이에 따라 청색용 편광분리기(17)을 투과한 빔은 색선별 프리즘(22)으로 입사된다.

한편, 광원으로부터 조사되어 기존 광학계에 의해 구성된 광경로를 따르는 빔중, 상기 제1색선별 거울(10)에 의해 반사된 녹색 영역과 적색 영역의 빔은 제2색선별 거울(11)로 입사되는데, 상기 제2색선별 거울(11)은 녹색영역의 빔은 반사하고, 적색영역의 빔은 투과시키게 된다.

그 후, 상기 제2색선별 거울(11)에 의하여 분리된 녹색 영역의 빔과 적색영역의 빔은 청색영역의 빔을 제어하는 과정과 마찬가지 과정을 따라 제어되어 색선별프리즘으로 입사된다. 즉, 상기 제2색선별 거울(11)에 의하여 반사된 녹색 영역의 빔은 편광자(13)와 녹색용 편광분리기(16) 및 녹색반사형 LCD(19)를 거쳐 색선별 프리즘(22)으로 입사되고, 상기 제2색선별 거울(11)을 투과한 적색 영역의 빔은 편광자(15)와 적색용 편광분리기(18) 및 적색반사형 LCD(21)를 거쳐 색선별 프리즘(22)으로 입사된다.

한편, 상기 색선별 프리즘(22)으로 입사되는 녹색 영역의 빔은 상기 색선별 프리즘을 그대로 투과하여 투사렌즈(23)로 입사되고, 청색 영역 및 적색 영역의 빔은 반사되어 투사렌즈(23)로 입사된다.

한편, 전술한 과정을 따라 투사렌즈(23)를 거쳐 나온 청색(B), 녹색(G), 적색(R)의 빔은 스크린(300)에 투사된다.

그리고, 상기와 같이 구성되는 광학계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 광학엔진(200)을 구성하며, 투사형 영상표시기기의 본체(100)내에 설치된다.

그러나, 상술한 종래의 투사형 영상표시기기용 광학계는 투사렌즈(23) 뒤쪽의 구성이 3단계로 이루어짐으로 인해 기기 본체(100)의 깊이 방향 사이즈(set depth)가 커지는 단점이 있었다.

즉, 종래의 투사형 영상표시기기의 광학계는 투사렌즈 바로 뒤쪽에 색선별 프리즘(22)·청색용 편광분리기(17)·청색반사형 LCD(20)·적색용 편광분리기(18)· 적색반사형 LCD(21)등이 일군(一群)을 이루도록 배치되어 있고, 그 후방에는 녹색용 편광분리기(16)·녹색반사형 LCD(19)·제2색선별 거울(11)·편광자(13)등이일군을 이루도록 배치되어 있으며, 그 후방으로는 제1반사경(8)과, 제2집광렌즈(9), 제1색선별 거울(10), 제2반사경(12)등이 일군을 이루도록 배치되는 3단계 구성으로 되어 있어, 광학계 자체의 기기 깊이 방향으로의 사이즈가 크며, 이에 따라 광학엔진(200) 및 이를 내장하기 위한 기기 본체(100)의 깊이 방향 사이즈(도 2에 "D"로 표시) 또한 커지게 되는 단점이 있었다.

한편, 이와 같이 영상표시기기의 깊이 방향 사이즈는 기기 전면의 좌우폭 사이즈에 비해 중요한데, 그 이유는 요즈음의 영상표시기기는 화면은 대형화되면서 깊이 방향 사이즈는 얇아지는 추세를 띠고 있기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 투사렌즈 후방의 광학계 구성이 2단계로 이루어지도록 함으로써 기기의 깊이 방향 사이즈를 축소시킬 수 있도록 한 투사형 영상표시기기의 새로운 광학계 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 투사형 영상표시기기의 광학계 구성도

도 2는 투사형 영상표시기기의 본체 구성도

도 3은 본 발명에 따른 투사형 영상표시기기의 광학계 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1:램프 2:자외선-적외선 차단 필터

3,5:플라이 아이 렌즈 6:평판형 편광분리기

4,8,24,26:제1,2,3,4반사경 10:색선별 거울

7,9,11,16,20,25,50:제1,2,3,4,5,6,7집광렌즈

12,17,27,22:편광분리기 14,19,29:반사형 LCD

15,21,30:λ/2 파장판 13,18,23,28:λ/4 파장판

31:색선별 프리즘 32:투사렌즈

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 빔을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 나온 빔의 경로상에 구비되어 가시광만을 투과시키는 자외선-적외선 차단 필터(UV-IR Cut filter)와, 상기 자외선-적외선 차단 필터를 통과한 빔의 경로상에 구비되어 빔의 분포성을 향상시키는 복수개의 플라이 아이 렌즈(fly eye lens)와, 상기 플라이 아이렌즈를 지난 빔의 경로상에 구비되어 편광되지 않은 빔을 편광시키는 평판형 편광분리기(polarizing beam splitter)와, 상기 플라이 아이렌즈 사이에 구비되는 제1반사경과, 상기 평판형 편광분리기를 지난 빔의 경로상에 구비되어 빔의 방향을 전환시키는 제2반사경과, 상기 제2반사경을 지난 빔 경로상에 구비되어 특정 색의 빔을 선별하여 반사하는 색선별 거울(dichroic mirror)과, 상기 색선별 거울에서 반사된 청색영역의 빔을 제어하여 화상을 형성하는 청색반사형 LCD와, 상기 색선별 거울에서 반사되어 청색반사형 LCD로 향하는 빔의 경로상에 구비되는 청색용 편광분리기와, 상기 색선별 거울을 투과한 녹색영역의 빔을 제어하여 화상을 형성하는 녹색반사형 LCD와, 상기 색선별거울을 투과하여 녹색반사형 LCD로 입사되는 빔의 경로상에 구비되는 녹색용 편광분리기와, 상기 색선별 거울을 투과한 적색영역의 빔을 제어하여 화상을 형성하는 적색반사형 LCD와, 상기 색선별 거울 및 녹색용 편광분리기를 투과한 적색영역의 빔을 편광상태에 따라 투과 또는 반사시키는 적색용 1차 편광분리기 및 적색용 2차 편광분리기와, 상기 적색용 1차 편광분리기를 투과한 빔의 경로상에 구비되어 빔의 경로를 변화시킴과 더불어 빔을 우원편광(右圓偏光)시키는 제3반사경과, 상기 제3반사경에서 반사된 빔을 다시 상기 제3반사경으로 향하도록 반사시킴과 더불어 빔을 좌원편광(左圓偏光)시키는 제4반사경과, 상기 청색용 편광분리기와 청색반사형 LCD 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제1 λ/4 파장판과, 상기 녹색용 편광분리기와 녹색반사형 LCD 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제2 λ/4 파장판과, 상기 적색용 1차 편광분리기와 제3반사경 사이에 구비되어 빔을 좌원 편광시킴과 더불어 제4반사경에서 반사되어 나온 빔의 편광상태를 다시 변환시키는 제3 λ/4 파장판과, 상기 적색용 2차 편광분리기와 적색반사형 LCD 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제4 λ/4 파장판과, 상기 청색반사형 LCD와 녹색반사형 LCD 및 적색반사형 LCD에서 반사되어 나온 빔을 합성하는 색선별 프리즘(dichroic prism)과, 상기 색선별 프리즘과 청색용 편광분리기 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제1 λ/2 파장판과, 상기 청색용 편광분리기와 녹색용 편광분리기 사이에 구비되어 빔을 편광상태를 편환시키는 제2 λ/2 파장판과, 상기 색선별 프리즘과 적색용 2차 편광분리기 사이에 구비되는 제3 λ/2 파장판과, 상기 각 편광분리기들 혹은 제1내지 제4반사경을 지나는 광경로상에 선택적으로 구비되어 빔을 집광하는 복수개의 집광렌즈와, 상기 색선별 프리즘에서 합성된 빔을 확대 투사하는 투사렌즈를 포함하여 구성되며, 상기 투사렌즈를 제외한 구성요소가 상기 투사렌즈 후방에 2행(行) 구조로 배치됨을 특징으로 하는 투사형 영상표시기기의 광학계가 제공된다.이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 투사형 영상표시기기의 광학계 구성도이고, 도 3은 투사형 영상표시기기의 본체 구성도로서, 본 발명에 따른 영상표시기기의 광학계는 빔을 조사하는 광원인 램프(1)와, 상기 램프에서 나온 빔을 평행광으로 바꾸는 포물면경(2)과, 상기 포물면경에서 나온 평행광중 가시광만을 투과시키는 자외선-적외선 차단 필터(UV-IR Cut filter)(40)와, 상기 자외선-적외선 차단필터 다음에 설치되어 가시광의 빔 분포성을 향상시키는 제1플라이 아이 렌즈(first fly eye lens)(3)와, 상기 제1플라이 아이 렌즈(3)를 지난 빔 경로상에 구비되는 제1반사경(4)과, 상기 제1반사경에서 반사된 빔의 경로상에 구비되는 제2플라이 아이 렌즈(5)와, 상기 제2플라이 아이 렌즈(5)를 지난 빔의 경로상에 구비되며 편광되지 않은 빔을 편광시키는 평판형 편광분리기(polarizing beam splitter)(6)와, 상기 평판형 편광분리기를 지난 빔의 경로상에 구비되는 제1집광렌즈(7)와, 상기 제1집광렌즈를 지난 빔의 경로상에 구비되는 제2반사경(8)과, 상기 제2반사경에서 반사된 빔의 경로상에 구비되는 제2집광렌즈(9)와, 상기 제2집광렌즈를 지난 빔의 경로상에 구비되며 특정색의 빔을 선별하여 반사하는 색선별 거울(dichroic mirror)(10)과, 상기 색선별 거울에서 반사된 빔을 집광하는 제3집광렌즈(11)와, 상기 제3집광렌즈에서 집광된 빔중 청색영역의 빔을 반사하는 청색용 편광분리기(12)와, 상기 청색용 편광분리기에서 반사된 빔의 경로 상에 구비되며 인가된 화상신호에 의해 입사된 청색영역의 빔을 제어하는 청색반사형 LCD(14)와, 상기 청색반사형 LCD(14)와 청색용 편광분리기(12) 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제1 λ/4 파장판(13)과, 상기 제1 λ/4 파장판(13)을 거쳐 편광상태가 변환되어 청색용 편광분리기를 통과한 빔의 경로상에 구비되어 빔의 편광상태를 다시 변환시키는 제1 λ/2 파장판(15)과, 상기 색선별 거울(10)을 관통하는 빔을 집광하는 제4집광렌즈(16)와, 상기 제4집광렌즈(16)에서 집광된 빔중 녹색영역의 빔을 반사하는 녹색용 편광분리기(17)와, 상기 녹색용 편광분리기에서 반사된 빔의 경로 상에 구비되며 인가된 화상신호에 의해 입사된 녹색영역의 빔을 제어하는 녹색반사형 LCD(19)와, 상기 녹색반사형 LCD(19)와 녹색용 편광분리기(17) 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제2 λ/4 파장판(18)과, 상기 색선별 거울(10) 및 녹색용 편광분리기(17)을 관통한 빔을 집광하는 제5집광렌즈(20)와, 상기 제5집광렌즈를 지난 빔의 경로상에 구비되어 집광된 빔의 편광상태를 변환시키는 제2 λ/2 파장판(21)과, 상기 제2 λ/2 파장판(21)을 통과한 적색영역의 빔을 통과시키는 적색용 1차 편광분리기(22)와, 상기 적색용 1차 편광분리기(22)를 지난 빔의 경로상에 구비되어 출사되는 빔을 좌원편광시킴과 더불어 입사되는 빔을 편광시키는 제3 λ/4 파장판(23)과, 상기 제3 λ/4 파장판(23)을 통과한 빔의 경로상에 구비되어 빔을 우원편광시킴과 더불어 빔의 경로를 변화시키는 제3반사경(24)과, 상기 제3반사경에서 반사된 빔의 경로상에 설치되어 입사된 빔을 다시 좌원편광시킴과 더불어 빔 경로를 180°전환시켜 제3반사경으로 보내는 제4반사경(26)과, 상기 제3반사경과 제4반사경 사이에 구비되는 제6집광렌즈(25)와, 상기 제4반사경에서 반사된 후 제3반사경에 의해 방향이 전환되고 제3 λ/4 파장판(23)을 지나는 과정에서 편광상태가 변환되어 적색용 1차 편광분리기(22)의 빗면에서 반사되는 빔의 경로상에 구비되는 적색용 2차 편광분리기(27)와, 상기 적색용 1차 편광분리기와 적색용 2차 편광분리기 사이에 구비되는 제7집광렌즈(50)와, 상기 적색용 2차 편광분리기의 빗면에서 반사된 빔의 경로상에 구비되어 인가된 화상신호에 의해 입사된 적색영역의 빔을 제어하는 적색반사형 LCD(29)와, 상기 적색용 2차 편광분리기와 적색반사형 LCD 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제4 λ/4 파장판(28)과, 상기 제4 λ/4 파장판(28)을 지나 편광되어 적색용 2차 편광분리기를 투과하는 빔의 경로상에 구비되는 제3 λ/2 파장판(30)과, 상기 청색반사형 LCD와 녹색반사형 LCD 및 적색반사형 LCD에서 제어되어 반사된 빔을 합성하는 색선별 프리즘(dichroic prism)(31)과, 상기 색선별 프리즘에 의해 합성되어 나온 빔을 확대 투사하는 투사렌즈(32)를 포함하여 구성되며, 상기 투사렌즈(32)를 제외한 구성요소가 상기 투사렌즈(32) 후방에 2행(行) 구조로 배치된다.

이 때, 상기 투사렌즈(32) 직후방의 1행에는 색선별 거울(10)에서 반사된 청색 영역의 빔을 집광하는 제3집광렌즈(11), 청색반사형 LCD(14), 제1 λ/4 파장판(13), 청색용 편광분리기(12), 제1 λ/2 파장판(15), 적색·녹색·청색 영역의 빔이 합성되는 색선별 프리즘(31), 제3 λ/2 파장판(30), 적색용 1차 편광분리기(22)의 빗면에서 반사된 빔이 집광되는 제7집광렌즈(50), 상기 제7집광렌즈(50)를 거친 빔이 지나는 적색용 2차 편광분리기(27), 제4 λ/4 파장판(28), 적색반사형 LCD(29), 제3반사경(24)에 의해 반사된 빔을 집광하는 제6집광렌즈(25), 제4반사경(26)이 순차적으로 배치된다.,

그리고, 제1행의 구성요소에 비해 투사렌즈(32)에서 더 멀리 떨어진 2행에는 제2반사경(8), 제2집광렌즈(9), 색선별 거울(10), 제4집광렌즈(16), 녹색용 편광분리기(17), 제2 λ/4 파장판(18), 녹색반사형 LCD(19), 제5집광렌즈(20), 제2 λ/2 파장판(21), 적색용 1차 편광분리기(22), 제3 λ/4 파장판(23), 제3반사경(24)이 순차적으로 배치된다.

상기와 같이 구성되어 본 발명이 적용되는 반사형 LCD를 사용한 투과형 영상표시기기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

광원인 램프(1)에서 방사된 빔은 포물면경(2)에 의해 평행광으로 되어 자외선-적외선 차단 필터(40)로 나아간 후, 자외선-적외선 차단 필터(40)에 의해 자외선 및 적외선은 차단되고 가시광(380nm-780nm)만이 통과하게 된다.

이어, 상기 필터(40)를 통과한 가시광은 사각의 작은 렌즈의 집합체인제1·2플라이 아이 렌즈(3)에 의해 고르게 분포된 후, 제1반사경(4)에 의해 반사되어 경로가 변경된다.

한편, 광경로가 변경된 빔은 제2 플라이 아이 렌즈(5) 및 평판형 편광분리기(6)을 자니게 되는데, 편광되지 않은 가시광은 평판형 편광분리기(6)에서 S파로 편광된다.

그 후, 빔은 제1집광렌즈(7)에서 집광되어 진행하다가 제2반사경(8)에 의해 반사되어 진행 반향을 바꾸게 된다.

그리고, 상기 제2반사경(8)에서 반사된 빔은 제2집광렌즈(9)에 의해 집광된 후, 색선별 거울(10)로 입사되는데, 이 때 적색(R) 및 녹색(G)의 빔은 투과되고 청색(B) 의 빔은 반사된다.

그리고, 상기 색선별 거울(10)을 통과한 적색(R) 및 녹색(G)의 빔은 다시 제4집광렌즈(16)에 의해 집광된 후, 색분리 기능을 갖는 녹색용 편광분리기(17)에 의해서 적색(R)의 빔은 투과되고 S파인 녹색의 빔은 상기 녹색용 편광분리기(17)의 빗면에서 반사된다.

상기 녹색용 편광분리기(17)를 통과한 적색(R)의 빔은 제5집광렌즈(20)에 의해 집광되어 제2 λ/2 파장판(21)을 통과하면서 P파로 편광되고, 별도로 구비된 적색용 1차 편광분리기(22)를 통과하고 나서 제3 λ/4 파장판(23)을 지나게 된다. 이 때, P파로 편광된 빔은 상기 제3 λ/4 파장판(23)을 지나면서 좌원편광(左圓偏光; CC-CP; Counter Clockwise - Circularly Polarizing)되어 제3반사경(24)으로 입사된다.

그 후, 좌원편광(CC-CP)된 빔은 상기 제3반사경(24)에 의해 우원편광(右圓偏光; C-CP; Clockwise - Circularly Polarizing)됨과 더불어 경로를 90°바꾸어 진행하게 된다.

계속해서, 상기 제3반사경(24)에서 우원편광(C-CP)된 적색(R) 영역의 빔은, 제6집광렌즈(25)를 통과하여 제4반사경(26)으로 입사된 후 광경로를 180°바꾸게 됨과 더불어 좌원편광(CC-CP)되고, 반사된 빔은 다시 제3반사경(24)에 의해 방향이 전환되어 다시 제3 λ/4 파장판(23)을 지나게 된다.

이때, 상기 제3 λ/4 파장판(23)을 지나면서 좌원편광(CC-CP)된 빔은 S파로 편광된다.

상기와 같이 S파로 편광된 빔은 상기 적색용 1차 편광분리기(22)의 빗면에서 반사되어 제7집광렌즈(50)를 거친 후 적색용 2차 편광분리기(27)로 입사되는데, 이 때 적색(R)의 빔은 S파임에 따라 상기 적색용 2차 편광분리기(27)을 통과하지 못하고 빗면에서 반사된다.

그리고, 상기 적색용 2차 편광분리기(27)의 빗면에서 반사된 S파의 빔은 제4 λ/4 파장판(28)을 통해 적색반사형 LCD(29)에 입사되고, 상기 적색반사형 LCD(29)에 인가된 화상 신호에 의해 제어된 빔은 다시 제4 λ/4 파장판(28)을 통해 편광상태가 P파로 변환되어 나오게 된다.

이어, P파로 편광상태가 변환된 빔은 상기 적색용 2차 편광분리기(27)의 특성상 이를 투과하게 되며 투과된 빔은 제3 λ/2 파장판(30)에 의해 S파로 변환되며, 색선별 프리즘(31)의 빗면에서 반사되어 진행방향이 변환되므로써 투사렌즈(32)를 거쳐 나오게 된다.

한편, 광원으로부터 나와 본 발명 광학계의 광경로를 따르는 빔중에서 녹색용 편광분리기(17)에서 반사된 S파인 녹색(G)영역의 빔은 제2 λ/4 파장판(18)을 통하여 녹색반사형 LCD(19)에 입사된다.

이어, 상기 녹색반사형 LCD(19)에 인가된 화상 신호에 의해 제어되어 다시 제2 λ/4 파장판(18)을 통해 편광 상태가 P파로 변환된다.

그리고, 상기 제2 λ/4 파장판(18)을 통해 P파로 변환된 녹색 영역의 빔은 상기 녹색용 편광분리기(17)과 색선별 프리즘(31) 및 투사렌즈(32)를 거쳐 나오게 된다.

한편, 상기 색선별 거울(10)에 의해 반사된 청색(B) 영역의 빔은 제3편광렌즈(11)를 거쳐 청색용 편광분리기(12)로 입사된다.

이 때, 청색(B) 영역의 빔은 S파임에 따라 청색용 편광분리기(12)의 빗면에서 반사되어 제1 λ/4 파장판(13)을 거쳐 청색반사형 LCD(14)로 입사되고, 상기 청색반사형 LCD(14)에 인가된 화상 신호에 의해 제어된 빔은 다시 제1 λ/4 파장판(13)을 거치면서 P파로 편광상태가 변환되어 편광분리기(12)를 투과하게 된다.

이어, P파로 편광상태가 변환된 청색영역의 빔은 제1 λ/2 파장판(15)을 거치면서 다시 S파로 변환된 후, 색선별 프리즘(31)의 빗면에서 반사되어 진행방향이 변환되므로써 투사렌즈(32)를 거쳐 나오게 된다.

한편, 전술한 과정을 따라 투사렌즈(32)를 거쳐 나온 청색(B), 녹색(G), 적색(R)의 빔은 스크린(300)에 투사된다.

따라서, 본 발명의 투사형 영상표시기기는 투사렌즈 후방의 광학계 구성이 2단계로 이루어짐에 따라, 광학엔진(200)의 깊이 방향 사이즈를 줄일 수 있게 되며,나아가 본체(100)의 깊이 방향 사이즈(도 2참조)를 축소시켜 제품의 콤팩트화를 도모할 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 투사형 영상표시기기의 새로운 광학계 구조를 제공한 것이다.

즉, 본 발명은 투사렌즈 후방의 광학계 구성이 2단계로 이루어지도록 함으로써 투사형 영상표시기기의 깊이 방향 사이즈를 축소시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 빔을 조사하는 광원인 램프와,

   상기 램프에서 나온 빔의 경로상에 구비되어 가시광만을 투과시키는 자외선-적외선 차단 필터(UV-IR Cut filter)와,

   상기 자외선-적외선 차단 필터를 통과한 빔의 경로상에 구비되어 빔의 분포성을 향상시키는 복수개의 플라이 아이 렌즈(fly eye lens)와,

   상기 플라이 아이렌즈를 지난 빔의 경로상에 구비되어 편광되지 않은 빔을 편광시키는 평판형 편광분리기(polarizing beam splitter)와,

   상기 플라이 아이렌즈 사이에 구비되는 제1반사경과,

   상기 평판형 편광분리기를 지난 빔의 경로상에 구비되어 빔의 방향을 전환시키는 제2반사경과,

   상기 제2반사경을 지난 빔 경로상에 구비되어 특정 색의 빔을 선별하여 반사하는 색선별 거울(dichroic mirror)과,

   상기 색선별 거울에서 반사된 청색영역의 빔을 제어하여 화상을 형성하는 청색반사형 LCD와,

   상기 색선별 거울에서 반사되어 청색반사형 LCD로 향하는 빔의 경로상에 구비되는 청색용 편광분리기와,

   상기 색선별 거울을 투과한 녹색영역의 빔을 제어하여 화상을 형성하는 녹색반사형 LCD와,

   상기 색선별거울을 투과하여 녹색반사형 LCD로 입사되는 빔의 경로상에 구비되는 녹색용 편광분리기와,

   상기 색선별 거울을 투과한 적색영역의 빔을 제어하여 화상을 형성하는 적색반사형 LCD와,

   상기 색선별 거울 및 녹색용 편광분리기를 투과한 적색영역의 빔을 편광상태에 따라 투과 또는 반사시키는 적색용 1차 편광분리기 및 적색용 2차 편광분리기와,

   상기 적색용 1차 편광분리기를 투과한 빔의 경로상에 구비되어 빔의 경로를 변화시킴과 더불어 빔을 우원편광시키는 제3반사경과,

   상기 제3반사경에서 반사된 빔을 다시 상기 제3반사경으로 향하도록 반사시킴과 더불어 빔을 좌원편광시키는 제4반사경과,

   상기 청색용 편광분리기와 청색반사형 LCD 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제1 λ/4 파장판과,

   상기 녹색용 편광분리기와 녹색반사형 LCD 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제2 λ/4 파장판과,

   상기 적색용 1차 편광분리기와 제3반사경 사이에 구비되어 빔을 좌원 편광시킴과 더불어 제4반사경에서 반사되어 나온 빔의 편광상태를 다시 변환시키는 제3 λ/4 파장판과,

   상기 적색용 2차 편광분리기와 적색반사형 LCD 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제4 λ/4 파장판과,

   상기 청색반사형 LCD와 녹색반사형 LCD 및 적색반사형 LCD에서 반사되어 나온 빔을 합성하는 색선별 프리즘(dichroic prism)과,

   상기 색선별 프리즘과 청색용 편광분리기 사이에 구비되어 빔의 편광상태를 변환시키는 제1 λ/2 파장판과,

   상기 청색용 편광분리기와 녹색용 편광분리기 사이에 구비되어 빔을 편광상태를 편환시키는 제2 λ/2 파장판과,

   상기 색선별 프리즘과 적색용 2차 편광분리기 사이에 구비되는 제3 λ/2 파장판과,

   상기 각 편광분리기들 혹은 제1내지 제4반사경을 지나는 광경로상에 선택적으로 구비되어 빔을 집광하는 복수개의 집광렌즈와,

   상기 색선별 프리즘에서 합성된 빔을 확대 투사하는 투사렌즈를 포함하여 구성되며, 상기 투사렌즈를 제외한 구성요소가 상기 투사렌즈 후방에 2행(行) 구조로 배치됨을 특징으로 하는 투사형 영상표시기기의 광학계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투사렌즈 직후방의 1행에는,

   색선별 거울에서 반사된 청색 영역의 빔을 집광하는 제3집광렌즈, 청색반사형 LCD, 제1 λ/4 파장판, 청색용 편광분리기, 제1 λ/2 파장판, 적색·녹색·청색 영역의 빔이 합성되는 색선별 프리즘, 제3 λ/2 파장판, 적색용 1차 편광분리기의 빗면에서 반사된 빔이 집광되는 제7집광렌즈, 상기 제7집광렌즈를 거친 빔이 지나는 적색용 2차 편광분리기, 제4 λ/4 파장판, 적색반사형 LCD, 제3반사경에 의해 반사된 빔을 집광하는 제6집광렌즈, 제4반사경이 순차적으로 배치됨을 특징으로 하는 투사형 영상표시기기의 광학계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 투사렌즈 후방의 2행에는,

   제2반사경, 제2집광렌즈, 색선별 거울, 제4집광렌즈, 녹색용 편광분리기, 제2 λ/4 파장판, 녹색반사형 LCD, 제5집광렌즈, 제2 λ/2 파장판, 적색용 1차 편광분리기, 제3 λ/4 파장판, 제3반사경이 순차적으로 배치됨을 특징으로 하는 투사형 영상표시기기의 광학계.