KR100565601B1 - 광학계의 투사렌즈 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학계에 관한 것으로, 특히 광학계의 투사렌즈의 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 상기 투사렌즈의 빛이 입사되는 면에 에퍼처를 장착하여 구성함으로써, 컨트라스트 비율 향상 및 오프 빛에 의한 영향을 줄여 광학계의 효율을 높이는 효과가 있다.

에퍼처, DMD, 투사렌즈, 오프 빛, 컨트라스트

Description

광학계의 투사렌즈 구조{Fabrication of projection lens in Projector}

도 1은 일반적인 배면 투사영 프로젝션 티브이를 나타낸 구성도

도 2는 일반적인 DMD형식의 프로젝터를 나타낸 구성도

도 3은 일반적인 투사렌즈의 형상을 나타낸 측면도 및 정면도

도 4는 종래 기술에 따른 에퍼처가 없는 구조에서 투사되는 빛의 양을 나타낸 도면

도 5는 종래 기술에 따른 에퍼처가 없는 구조에서 반사되는 빛의 방향을 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 따른 에퍼처를 부착한 형태의 투사렌즈를 나타낸 도면

도 7은 본 발명에 따른 에퍼처를 나타낸 단면도

도 8은 본 발명에 따른 에퍼처를 통해 투사되는 빛의 양을 나타내는 도면

도 9는 본 발명에 따른 에퍼처를 통해 빛이 차단되는 모습을 나타낸 도면

도 10은 본 발명에 따른 에퍼처에 후크를 형성한 모습을 나타낸 도면

도 11은 본 발명에 따른 에퍼처의 다양한 형상을 나타낸 도면

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 스크린 2 : 프로젝터

3 : 반사거울 4 : 램프

5 : 컬러 휠 6 : 조명계

7 : DMD 8 : 투사렌즈

9 : 제 1 렌즈부 10 : 포커스 조절부

11 : 미러부 12 : 제 2 렌즈부

13 : 내부 전반사 프리즘 14 : 바깥 케이스

15 : 외부 케이스 16 : 에퍼처

본 발명은 프로젝션 티브이 및 프로젝터의 투사렌즈에 관한 것으로, 특히 투사 렌즈의 성능을 향상시키기 위한 에퍼처의 형상 및 구조에 관한 것이다.

프로젝션 티브이는 음극선관, LCD(Liquid Crystal Display) 혹은 DMD(Digital Micromirror Device)가 이용되어 생성된 영상 신호가 포함된 빛이 스크린 상에 투사되어 화면을 형성하게 되는 영상표시기기로서, 최근에는 LCD나 DMD를 이용한 저가격형 프로젝션 티브이가 좋은 화질과 저가격화로 인하여 각광을 받고 있다. 특히 대화면을 요구하는 소비자의 욕구가 증대됨에 따라 그 수요가 해마다 증가하고 있으며, 현재 시험방송중인 디지털 티브이 시장에서 특히 호평 받고 있다.

또한, 최근 개인용 컴퓨터의 보급과 함께 컴퓨터를 이용하여 프리젠테이션을 하는 일이 많아짐에 따라 LCD나 DMD가 이용되어 만들어진 화면을 전면에 투사시켜 스크린에 확대된 화면을 만들어주는 프로젝터의 사용도 많아지고 있다.

이 중에서 상기 프로젝션 티브이는 프로젝터가 스크린과 함께 캐비닛에 장착되어, 그 프로젝터로부터 투사된 영상이 캐비닛 내에 경사지게 배치된 반사 거울을 통해 반사되어 스크린의 배면으로 투영되도록 한 것이다.

도 1은 상기 배면 투사영 프로젝션 티브이를 나타낸 도면이다.

도 1과 같이, 종래 배면 투사영 프로젝션 티브이는 스크린(1)이 설치된 캐비닛(미도시)과, 상기 캐비닛 내부에 설치되는 프로젝터(2)와, 상기 프로젝터에서 투사되는 영상을 상기 스크린의 배면으로 반사하는 반사거울(3)로 구성된다.

상기 프로젝터(2)는 크게 CRT형식, LCD형식, DMD형식으로 나뉘어 지는데, 상기 DMD형식을 도 2에 도시하였다.

도 2와 같이, DMD형식의 프로젝터는 크게, 광 소스(source)인 램프(4)와, 상기 램프(4)의 빛을 적,녹,청색의 빛으로 분리하는 색분리 장치인 컬러 휠(color wheel)(5), DMD(7)에 정확하게 빛을 모아주는 역할을 하는 조명계(6), 원하는 화면을 만드는 DMD(7), 투사되는 영상을 반사거울(3)에 영상을 확대하여 투사시킬 수 있도록 하는 투사렌즈(8)로 구성된다.

이와 같은 구조의 프로젝션 티브이는 프로젝터(2)에서 출사된 영상이 투사렌즈(8)를 통해 투사되어 원거리의 경로를 거친 후 스크린(1)으로 투사되는 구조이므로, 상기 투사렌즈(8)의 성능이 투사된 영상의 화질을 크게 좌우하게 된다.

이를 자세히 알아보기 위해 상기 투사렌즈의 형상을 도 3에 도시하였다.

도 3과 같이, 일반적인 투사렌즈(8)는 프로젝터의 영상이 발산되는 측단 부 분에 결합되어, 상기 발산된 영상을 전달받아 영상을 집광하는 제 1 렌즈부(9), 상기 제 1 렌즈부(9)의 위치를 조절하여 포커스(focus)를 조절하도록 하는 포커스 조절부(10), 상기 제 1 렌즈부(9)에서 집광된 영상의 경로를 바꿔주는 미러부(11), 상기 미러부(11)에서 반사된 영상을 여러 번에 걸쳐 점층적으로 확산 및 집광하여 확대된 영상을 스크린(1)에 결상시키도록 하는 제 2 렌즈부(12)로 구성된다.

이와 같은 구조의 투사렌즈(8)는 DMD(7)에서 입사된 빛이 원하는 화상의 형태로 투사렌즈(8)의 제 1 렌즈부(9)로 입사하게 되면, 스크린(1) 상에 원하는 화상이 표시되는 빛만 입사되는 것이 아니라, 불필요한 빛도 같이 입사하게 된다.

이를 도 4에 도시하였다. 도 4와 같이, 투사렌즈(8)를 통해 불필요한 빛이 과도하게 스크린(1)에 입사되어, 화면 전체가 필요 이상으로 밝게 되는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 현상은 밝은 화면이 계속될 경우에는 큰 문제가 없으나, 어두운 화면이 계속될 경우에는 화면의 밝기가 과도하게 밝게 나타나, 원하는 검은색 밝기를 나타낼 수 없게 된다. 다시 말하면, 컨트라스트(contrast) 비율이 크게 저하되어, 화질 저하 현상이 나타나게 되는 것이다.

도 5는 종래 기술에 따른 투사렌즈를 사용하는 경우 나타나는 다른 문제점을 나타낸 도면이다.

도 5와 같이, DMD(7) 소자를 사용하여 프로젝션 혹은 프로젝터를 구성하는 경우, 상기 DMD(7) 소자를 통해 원하는 화상을 만들어 낸다.

즉, 내부 전반사 프리즘(TIR Prism : Total Internal Reflection Prism)(13) 으로 입사된 빛이, 상기 내부 전반사 프리즘(13) 내부의 미세한 공기 간격으로 인해 전반사 되어 상기 DMD(7) 소자로 입사되면, 상기 DMD소자(7)의 수십만의 미세 미러들이 적,녹,청색으로 분리된 각각의 빛의 반사 각도를 조절함으로써 원하는 화상을 만들어 내게 되는 것이다.

이때, 화면이 전부 백색 상태(On-state)가 되게 하려면 도 7의 a 로 표시된 영역으로 빛이 반사되고, 화면이 전부 검은색 상태(Off-state)가 되려면 도 7의 b 나 c 로 표시된 영역으로 빛이 반사되게 된다.

상기 DMD(7)에 입사되는 빛은 램프(4)에서 발생하는 빛이 모아져서 생기는 것이므로, 이러한 빛이 닿는 부분의 온도는 매우 뜨거워진다. 때문에, 투사렌즈(8) 바깥 케이스(14)나 외부 케이스(15)와 같이, 빛이 닿는 부분의 재질은 높은 온도에 견디는 내열 플라스틱을 사용하거나, 금속 재질을 사용하여야만 하는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 광학계의 컨트라스트 비율 향상과, 오프 빛에 의한 열문제가 발생하지 않도록 설계된 투사렌즈에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학계의 투사렌즈 구조는 투사렌즈를 사용하는 광학계에 있어서, 상기 투사렌즈의 빛이 입사되는 면에 에퍼처가 장착되어 구성됨을 특징으로 한다.

상기 에퍼처는 링 형상으로 상기 투사렌즈에 착탈 가능하도록, 그 외주면 일측에 체결수단이 구비됨을 특징으로 한다.

상기 체결수단은 막대 형상으로 일측면에 걸림 후크를 구비함을 특징으로 한다.

상기 체결수단은 적어도 하나 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 에퍼처는 빛의 차단 및 투과를 위해, 원형, 타원형, 사각형, 부채꼴 등의 기하학적 모양의 외관 중 어느 하나에 내부가 원형, 타원형, 사각형, 부채꼴 등의 기하학적 모양으로 뚫린 모양 중 어느 하나의 형상으로 구성되는 것이 바람직하다.

이하 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 투사렌즈에 에퍼처를 부착한 형태를 나타낸 도면이다.

도 6과 같이, 투사렌즈(8)의 제 1 렌즈부 입구에 일정한 형상을 갖는 에퍼처(16)가 고정되어 있다.

도 7은 상기 에퍼처의 형상을 나타낸 단면도이다.

도 7과 같은 형상의 에퍼처(16)를 투사렌즈에 부착하게 된다.

상기와 같이 에퍼처(16)를 투사렌즈(8)에 부착하게 되면, 투사렌즈(8)에 입사되는 과도한 빛의 양을 상당히 감소시키게 된다.

도 8은 상기 투사렌즈에 부착된 에퍼처로 인해 빛의 양이 감소되는 것을 나 타낸 도면이다.

도 8과 같이, 빛은 에퍼처(16)로 인해 일정량이 가려진채로 투사렌즈(8)로 입사하게 된다. 때문에 스크린(1)에 맺히는 빛의 양이 도 4와 비교했을 때 상당부분 줄어들었음을 알 수 있다.

이처럼, 상기 에퍼처(16)가 투사렌즈(8)에 입사되는 불필요한 빛의 양을 줄여줌으로써, 결국 컨트라스트 비율이 크게 증가되어 원하는 검은색 밝기를 나타내게 된다.

도 9는 본 발명에 따른 에퍼처가 오프 빛을 가려주는 형상을 나타낸 도면이다.

도 9와 같이, 에퍼처(16)를 투사렌즈(8)의 제 1 렌즈부에 부착하게 되면, 상기 투사렌즈 바깥 케이스(14)나 외부 케이스(15)로 향하는 빛을 완전히 차단하게 됨으로써, 열에 의해 발생하는 여러 가지 문제점들을 쉽게 해결하게 된다.

또한, 상기 바깥 케이스(14)나 외부 케이스(15)의 재질을 내열성 재질로 만드는데 들었던 가격을 줄임으로써, 전체 프로젝션 혹은 프로젝터의 가격을 낮추게 된다.

도 10은 본 발명에 따른 에퍼처를 후크 형태로 제작한 모습을 나타낸 도면이다.

도 10과 같이, 에퍼처(16)를 후크 형태로 제작하여, 투사렌즈의 제 1 렌즈부와 바깥 케이스 사이에 삽입함으로써, 손쉽게 상기 에퍼처(16)를 투사렌즈에 장착하게 된다.

이때, 단순히 컨트라스트 비율을 높이기 위한 목적으로 도 10과 같이 원형 형상으로 에퍼처(16)를 제작할 수도 있다.

도 11은 본 발명에 따른 에퍼처의 여러 가지 형상을 나타낸 단면도이다.

도 11과 같은 에퍼처(16)들의 구조는 컨트라스트 비율 향상은 물론, 오프 빛을 차단하도록 설계된 구조이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 광학계에 있어서 투사렌즈의 구조는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상기 투사렌즈의 빛이 입사되는 면에 에퍼처를 장착하여 구성함으로써 광학계의 컨트라스트 비율을 높이는 효과가 있다.

둘째, 광학계의 오프 빛을 차단함으로써 열에 의한 문제점들을 해결하며, 더불어 코너(corner)부에서 화면이 번져보이는 플래어 현상을 차단하여 상기 광학계의 효율을 높이는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 투사렌즈를 사용하는 광학계에 있어서,

   상기 투사렌즈의 빛이 입사되는 면에, 링 형상으로 상기 투사렌즈에 착탈 가능한 에퍼처가 장착되어 구성됨을 특징으로 하는 광학계의 투사 렌즈 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 에퍼처는 그 외주면 일측에 체결수단이 구비됨을 특징으로 하는 광학계의 투사 렌즈 구조.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 체결수단은 막대 형상으로 일측면에 걸림 후크를 구비함을 특징으로 하는 광학계의 투사 렌즈 구조.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 체결수단은 적어도 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 하는 광학계의 투사 렌즈 구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 에퍼처는 빛의 차단 및 투과를 위해, 원형, 타원형, 사각형, 부채꼴 등 의 기하학적 모양의 외관 중 어느 하나에 내부가 원형, 타원형, 사각형, 부채꼴 등의 기하학적 모양으로 뚫린 모양 중 어느 하나의 형상으로 구성됨을 특징으로 하는 광학계의 투사 렌즈 구조.

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