KR100584534B1

KR100584534B1 - 반사형 프로젝트장치

Info

Publication number: KR100584534B1
Application number: KR1019990014879A
Authority: KR
Inventors: 전기욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2006-05-30
Also published as: GB0010011D0; JP2001013584A; GB2349481B; KR20000067242A; GB2349481A; DE10020458A1; CN1273370A; CN1144076C; US6450645B1

Abstract

시트형 편광빔스프리터를 채용시 발생되는 수차를 보정할 수 있도록 된 구조의 반사형 프로젝트장치가 개시되어 있다.

이 개시된 반사형 프로젝트장치는, 광원과; 광원에서 조사된 광의 진행경로 상에 광축에 대해 경사지게 배치되어, 입사광을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 시트형 편광빔스프리터와; 시트형 편광빔스프리터를 경유한 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하고, 이를 시트형 편광빔스프리터 쪽으로 반사시키는 반사형 디스플레이소자와; 광경로 상에 배치되어 입사광을 집속 및/또는 발산시킴에 의해 입사광의 진행을 가이드하는 릴레이렌즈유니트와; 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 시트형 편광빔스프리터를 경유한 광의 진행경로에 배치되어, 입사광의 수차를 보정하는 보정수단과; 보정수단을 투과한 광을 스크린 쪽으로 확대 투과시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반사형 프로젝트장치{Reflection type projector}

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

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

도 3은 도 2에서 Y-Z 평면에 대한 시트형 편광빔스프리터의 광학적 배치를 설명하기 위한 도면.

도 4는 도 2에서 X-Z 평면에 대한 시트형 편광빔스프리터의 광학적 배치를 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 보정판의 광학적 배치를 보인 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨지형 렌즈의 광학적 배치를 보인 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광축에 대해 시프트되게 배치된 렌즈의 광학적 배치를 보인 도면.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 칼라프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 9는 본 발명에 따른 편광변환기의 광학적 배치를 보인 분리 사시도.

도 10은 본 발명에 따른 편광변환기의 광학적 배치를 보인 도면.

도 11은 도 9에 도시된 편광변환기의 동작을 설명하기 위해 나타낸 도면.

도 12는 도 8의 일부 광학계의 광학적 배치를 보인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 210...광원 120, 220...대역필터

130, 230...일루미네이션유니트 140, 250...릴레이렌즈유니트

150, 260...시트형 편광빔스프리터 160,270...반사형 디스플레이소자

170,290...보정수단 171,291...보정판

180,300...투사렌즈유니트 240...편광변환기

280...칼라프리즘

본 발명은 시트형 편광빔스프리터를 채용한 반사형 프로젝트장치에 관한 것으로서, 상세하게는 시트형 편광빔스프리터의 수차를 보정할 수 있도록 구조가 개선된 반사형 프로젝트장치에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝트장치는 디스플레이소자에서 생성된 화상을 별도의 광원을 이용하여 스크린에 투영함으로써 화상을 제공하는 장치이다. 이 프로젝터장치는 상기한 디스플레이소자의 형태에 따라 투과형과 반사형으로 구분된다.

도 1을 참조하면, 종래의 반사형 프로젝트장치는 광원(10)과, 이 광원(10)에서 조사된 광이 균일광 및 평행광이 되도록 하는 광학수단(20)과, 편광에 따라 광을 투과 반사시켜 입사광의 진행경로를 변환하는 큐브(cube)형 편광빔스프리터(30) 와, 상기 큐브형 편광빔스프리터(30)를 경유하여 입사된 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하는 반사형 디스플레이소자(40)와, 상기 디스플레이소자(40)에서 생성되고, 상기 큐브형 편광빔스프리터(30)를 경유하여 입사된 광을 확대 투과시키는 투사렌즈(50)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(10)은 광을 생성하는 램프(11)와, 이 램프(11)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(13)을 포함한다. 상기 광학수단(20)은 균일광을 조명하기 위한 글래스로드(glass rod)(21)와 입사된 발산광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 집속렌즈(23) 및 콜리메이팅렌즈(25)를 포함하여 구성된다.

상기 큐브형 편광빔스프리터(30)는 입사광 중 S편광의 광은 반사시키고, P편광의 광은 투과시키는 경면(31)을 포함한다. 따라서, 상기 광원(10)에서 조사된 광 중 S편광의 광을 상기 디스플레이소자(40) 쪽으로 반사시키고, P편광의 광은 투과시킨다. 따라서, 광원(10)쪽으로부터의 입사광 중 S편광의 광만이 유효광으로 이용된다. 상기 디스플레이소자(40)는 각 화소별로 독립적으로 구동되어, 영상신호에 따라 입사광을 선별적으로 편광 변조시킨다. 상기 디스플레이소자(40)에서 반사된 광은 상기 큐브형 편광빔스프리터(30)에 재입사되며, 이 재입사된 광은 P편광으로의 편광변조 정도에 따라 다른 광량으로 상기 큐브형 편광빔스프리터(30)를 투과하여 상기한 영상신호에 대응되는 소정 영상을 형성하게 된다.

상기한 투사렌즈(50)는 상기 큐브형 편광빔스프리터(30)를 투과한 영상을 스크린에 대화면으로 확대 투사시킨다.

상기한 바와 같이 구성된 반사형 프로젝트장치에 있어서, 상기 큐브형 편광 빔스프리터에서 투과되는 광은 광축에 대해 대칭을 이루므로, 대칭적으로 광학계를 구성할 수 있다는 장점이 있다.

반면, 현재의 기술 수준에 비추어 볼 때, 상기 큐브형 편광빔스프리터는 시트형 편광빔스프리터에 비하여 상대적으로 입사광에 대한 입사 허용각이 작다. 그러므로 큐브형 편광빔스프리터를 사용시에는 작은 입사 허용각으로 인하여 광 이용효율이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 큐브형 편광빔스프리터의 광 이용효율을 시트형 편광빔스프리터를 채용한 경우와 거의 동일한 수준으로 높이기 위해서는 발산각 및 집속각이 적은 콜리메이팅 광이 출사되도록 고안된 광학수단이 필요하다. 이 경우에는 광원이 커져야 하므로 콤팩트한 광학계의 구성이 불리하다는 단점이 있다.

시트(sheet)형 편광빔스프리터를 채용하여 광의 진행경로를 변환하고자 하는 경우에는 입사허용각이 크므로 광원 및 광학수단의 구성이 용이한 반면, 시트형 편광빔스프리터를 투과한 광이 광축에 대해 벗어나는 등의 수차가 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 시트형 편광빔스프리터를 채용하여 입사 허용각이 크게 함과 아울러, 시트형 편광빔스프리터의 수차를 보정할 수 있도록 구조가 개선된 반사형 프로젝트장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치는, 광원과; 상기 광원에서 조사된 광의 진행경로 상에 광축에 대해 경사지게 배치되어, 입사광을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 시트(sheet)형 편광빔스프리터와; 상기 시트형 편광빔스프리터를 경유한 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하고, 이를 상기 시트형 편광빔스프리터 쪽으로 반사시키는 반사형 디스플레이소자와; 광경로 상에 배치되어 입사광을 집속 및/또는 발산시킴에 의해 입사광의 진행을 가이드하는 릴레이렌즈유니트과; 상기 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 상기 시트형 편광빔스프리터를 경유한 광의 진행경로에 배치되어, 입사광의 수차를 보정하는 보정수단과; 상기 보정수단을 투과한 광을 스크린 쪽으로 확대 투과시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치는, 광원과; 상기 광원에서 조사된 광이 균일광이 되도록 하는 일루미네이션유니트와; 상기 일루미네이션유니트를 투과한 광을 일 편광의 광으로 변환하는 편광변환기와; 광경로 상에 배치되어 입사광을 집속 및/또는 발산시킴에 의해 입사광의 진행을 가이드하는 릴레이렌즈유니트과; 상기 편광변환기를 투과한 일 편광의 광을 파장영역에 따라 분기시키는 광분기수단과; 상기 광분기수단에 의해 분기된 광 각각의 진행 경로 상에 배치되어 입사광의 편광방향에 따라 광의 진행경로를 변환하는 시트형 편광빔스프리터와; 상기 시트형 편광빔스프리터를 경유한 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하는 반사형 디스플레이소자와; 상기 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 상기 시트형 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 광이 일 방향으로 출사되도록 파장에 따라 선택적으 로 광을 투과 또는 반사시키는 칼라프리즘과; 상기 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 상기 시트형 편광빔스프리터를 경유한 광의 진행경로에 배치되어, 입사광의 수차를 보정하는 보정수단과; 상기 칼라프리즘 쪽에서 입사되는 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치는 광원(110)과, 입사광을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 시트형 편광빔스프리터(150)와, 화상을 생성하고 이를 반사시키는 반사형 디스플레이소자(160)와, 입사광을 집속 및/또는 발산시킴에 의해 입사광의 진행경로를 가이드하는 릴레이렌즈유니트(140)와, 상기 시트형 편광빔스프리터(150)에 의해 수차를 보정하는 보정수단(170)과, 입사광을 스크린(미도시) 쪽으로 확대투과시키는 투사렌즈유니트(180)를 포함하여 구성된다.

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 광원(110)과 상기 시트형 편광빔스프리터(150) 사이의 광로 상에는 상기 광원(110)에서 조사된 광이 균일광이 되도록 하는 일루미네이션(Illumination) 유니트(130)가 더 포함되는 것이 바람직하다. 이 일루미네이션유니트(130)로는 도시된 바와 같은 파리눈렌즈를 구비하거나 글래스로드(미도시)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 광원(110)과 상기 시트형 편광빔스프리터(150) 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 광원(110)에서 조사된 광 중 가시광선 파장영역의 광만을 투과시키는 대역필터(120)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 대역필터(120)는 상기 램프(111)에서 조사된 적외선 광과 자외선 광을 차단한다.

상기 시트형 편광빔스프리터(150)는 상기 일루미네이션유니트(130)와 상기 반사형 디스플레이소자(160) 및 투사렌즈유니트(180) 사이의 광로 상에 광축에 대해 경사지게 배치된다. 이 시트형 편광빔스프리터(150)는 입사광을 편광에 따라 투과 또는 반사시킴에 의해 광의 진행경로를 변환시킨다. 예를 들어, 입사광 중 S편광의 광은 반사시켜 상기 반사형 디스플레이소자(160)로 향하도록 하고, P편광의 광은 투과시킴으로써 상기 반사형 디스플레이소자(160) 쪽에서 입사된 P편광의 광이 투사렌즈유니트(180) 쪽으로 향하도록 한다. 여기서, 입사광 중 P편광의 광은 투과시켜 상기 반사형 디스플레이소자(160)로 향하도록 하고 S편광의 광은 반사시킴으로써 상기 반사형 디스플레이소자(160)쪽에서 입사된 S편광의 광이 투사렌즈유니트(180) 쪽으로 향하도록 된 경우도 무방하다.

이와 같이 구비된 상기 시트형 편광빔스프리터(150)는 앞서 설명된 큐빅형 편광빔스프리터(도 1의 30 참조)에 비하여 입사 허용각이 상대적으로 크다. 따라서, 입사 허용각 내에 포함되는 가용 광량이 커지므로, 광학계의 광 이용률도 그만큼 높아지게 된다.

상기 반사형 디스플레이소자(160)로는 구동에 의한 액정의 온/오프 시간이 빠른 즉 응답속도 특성이 뛰어난 강유전체 액정표시소자(FLCD ; Ferroelectric Liquid Crystal Display)를 구비할 수 있다. 상기 반사형 디스플레이소자(160)는 2차원 어레이 구조의 화소를 가진다. 이 각 화소는 독립적으로 구동되어 선택적으로 편광방향을 변화시킨다. 따라서, 상기 반사형 디스플레이소자(160)는 입력된 영상신호에 대응되도록 각 화소가 선택적으로 구동되어 편광방향을 변조시킴으로써, 소정 화상을 생성한다.

상기 릴레이렌즈유니트(140)는 입사광을 집속 및 발산시킴에 의해 광의 진행경로를 확보하기 위한 것으로, 복수의 렌즈들(141)(142)로 구성된다. 이 릴레이렌즈유니트(140)를 이루는 렌즈 각각은 상기 광원(110)과 시트형 편광빔스프리터(150) 사이에 걸쳐 배치된다.

여기서, 상기 시트형 편광빔스프리터(150)가 일 방향으로 기울어지게 배치됨으로써 기울임 방향에 대해 비점수차가 발생하게 된다.

도 3은 도 2에서 Y-Z 평면에 대한 시트형 편광빔스프리터(150), 결상에 관하여하는 투사유니트(190)를 이루는 일 렌즈(143) 및 반사형 디스플레이소자(160)의 광학적 배치를 보인 도면이고, 도 4는 도 2의 X-Z 평면에 대한 시트형 편광빔스프리터(150), 렌즈(143) 및 반사형 디스플레이소자(160)의 광학적 배치를 보인 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 시트형 편광빔스프리터(150)가 Y-Z 평면 상에서 기울어짐에 의하여, 상기 반사형 디스플레이소자(160)로 향하는 광은 A, B, C로 표시된 부분과 같이 수차가 발생하게 된다. 반면, 도 4에 도시된 바와 같이, 시트형 편광빔스프리터(150)의 X-Z 평면 배치에 있어서는 광축에 대해 수직방향으로 배치되므로, 수차가 발생되지 않는다. 또한, Y-Z 평면 상에서의 포커스 위치와 X-Z 평면 상에서의 포커스 위치도 차이가 난다. 이와 같이, 두 평면에 대해 서로 다르게 발생되는 수차 즉, 비점수차는 통상의 렌즈로서는 보정이 안 되는 수차로, 상기한 시트형 편광빔스프리터(150)를 채용하는데 있어서 장애요소로 작용한다.

상기 보정수단(170)은 상기한 바와 같이 시트형 편광빔스프리터(150)를 경사지게 배치시킴으로써 발생되는 수차를 보정하기 위해 구비된 것이다.

이 보정수단(170)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전반부 투사렌즈(181)와 상기 후반부 투사렌즈(182) 사이의 광경로 상에 상기 시트형 편광빔스프리터(150)의 경사방향 또는 그 반대방향으로 소정 각도 경사지게 배치된 보정판(171)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 보정판(171)은 소정 두께를 가지는 투명판으로 Y-Z 평면에 대해서는 광축에 대해 경사지게 배치되고, X-Z 평면에 대해서는 광축에 수직하게 배치된다. 이와 같이, 상기 보정판(171)을 광축에 대해 기울여 배치시킴으로써, 상기 시트형 편광빔스프리터(150)에 기인한 Y-Z 평면으로의 수차를 보정할 수 있다. 상기 보정판(171)의 두께 및 기울기 정도는 상기 시트형 편광빔스프리터(150)의 두께, 기울기 각도 등에 변경될 수 있는 설계 사양이므로 그 자세한 설명을 생략한다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 보정판(171')은 입사면(171a')과 출사면(171b')을 가지며, 수차보정 성능을 향상되도록 광축과 상기 입사면(171a') 이 이루는 각도(

)와, 상기 광축과 출사면(171b')이 이루는 각도(

)가 서로 다르도록 된 웨지형 구조를 가지는 것이 바람직하다. 여기서,

는 대략 45°이고,

는 대략 0.25°정도의 각이다.

또한, 도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 보정수단(170)은 웨지형 렌즈(143')를 더 구비할 수 있다. 상기 웨지형 렌즈(143')는 상기 투사유니트(190)를 이루며, 상기 투사렌즈유니트(180)와 시트형 편광빔스프리터(150) 사이의 광로 상에 배치된 렌즈(143)의 형상을 바꾼 것이다. 이 웨지형 렌즈(143')는 입사면의 곡률 중심 C 및/또는 출사면의 곡률 중심 C'이 광축(Z방향)에 대해 벗어난 위치에 놓이도록 배치된다.

또한, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 보정수단(170)으로 상기한 보정판(171) 이외에 상기 투사렌즈유니트(180)와 시트형 편광빔스프리터(150) 사이의 경로 상에 배치되며, 적어도 하나의 렌즈(143)를 상기 시트형 편광빔스프리터(150)가 경사지는 Y-Z 평면 상에서 입사광축에 대해 간격 d 만큼 시프트되게 배치시킴으로써 수차보정 성능을 보다 높일 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치를 상세히 설명한다.

도 8을 참조하면, 반사형 칼라프로젝트장치는 광원(210)과, 상기 광원(210)에서 조사된 광이 균일광이 되도록 하는 일루미네이션유니트(230)와, 상기 광원(210)에서 조사된 무편광의 광을 일 편광의 광으로 변환하는 편광변환기(240)와, 입사광을 집속 및/또는 발산시킴에 의해 입사광의 진행경로를 가이드하는 릴레 이렌즈유니트(250)와, 입사광을 파장영역에 따라 분기시키는 광분기수단과, 분기된 각 광의 진행경로를 변환하는 복수의 시트형 편광빔스프리터(260)와, 상기 시트형 편광빔스프리터(260)를 경유하는 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하는 복수의 반사형 디스플레이소자(270)와, 상기 반사형 디스플레이소자(270)에서 생성된 화상이 일 경로로 투사되도록 하는 칼라프리즘(280)과, 상기 시트형 편광빔스프리터(260)를 채용함에 따라 야기되는 수차를 보정하기 위한 보정수단(290) 및, 상기 칼라프리즘(280) 쪽에서 입사되는 광을 확대 투과시키는 투사렌즈유니트(300)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 광원(210)과, 일루미네이션유니트(230) 각각은 도 2를 참조하여 설명된 장치에 개시된 광원(110) 및 일루미네이션유니트(130)와 실질적으로 구성이 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명은 입사광 중 적외선 및 자외선 영역의 광을 차단하기 위한 대역필터(220)를 광로 상에 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 편광변환기(240)는 상기 광원(210)에서 조사된 무편광의 광을 일 편광의 광으로 변환시키는 광학부재이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 편광변환기(240)는 실린드리컬렌즈어레이(241)와, 편광빔스프리터(243)와, 반사부재(245) 및 위상지연판(247)을 포함하여 구성된다. 실린드리컬렌즈어레이(241)는 상기 반사부재(245)의 설치공간 확보시 입사광의 광 손실 없도록 하기 위해 마련된 것으로, 평행하게 조사된 입사광을 집속 및 발산시켜 단면의 면적이 작아진 평행광이 되도록 한다. 상기 편광빔스프리터(243)는 복수개 구비되며, 각각은 상기 실린드리컬렌즈어레이(241)의 광출사면에 대향되게 설치되며 입사광을 편광에 따라 제1 및 제2광으로 분기시키고, 소정 편광의 제1광은 투과시키고, 다른 편광의 제2광은 반사시키는 경면(243a)을 가진다. 상기 반사부재(245)는 상기 편광빔스프리터(243)에 대응되는 위치에 복수개 구비되며 상기 제2광을 반사시키는 반사면(245a)을 가지며, 제2광을 제1광과 나란한 방향으로 반사시킨다. 이 반사부재(245)는 상기 실린드리컬렌즈어레이(241)에 의해 확보된 공간 즉, 상기 편광빔스프리터(243)를 경유하지 않는 광이 입사되지 않는 공간에 배치된다. 상기한 편광변환기(240)의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 도 11에 예시된 바와 같이, 입사된 무편광(P+S)의 광은 편광빔스프리터(243)의 경면(243a)에서 P편광의 제1광과 S편광의 제2광으로 분기된다. 상기 경면(243a)에서 반사된 S편광의 제2광은 상기 반사면(245a)에서 반사되어 상기 제1광과 나란한 방향으로 진행한다. 이 제2광은 위상지연판(247)을 투과하면서 위상이 지연되어 대부분 광의 편광방향이 P편광의 광으로 바뀌어 출사된다. 따라서, 상기 광원(210)에서 조사된 무편광의 광은 상기 편광변환기(240)를 투과하면서, 광의 손실이 거의 없이 일 편광의 광으로 변환하게 된다.

상기 광분기수단은 입사광을 파장영역에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 칼라별로 광의 진행경로를 변환한다. 즉, 입사된 일 편광의 백색광을 적색, 청색, 녹색의 광으로 분기시킨다.

이를 위하여 상기 광분기수단은 입사광을 파장영역에 따라 분기시키는 제1이색미러(DM1)와, 상기 제1이색미러(DM1)에서 분기된 광을 파장영역에 따라 재차 분 기시키는 제2이색미러(DM2)를 포함하여 구성된다. 예컨대, 상기 제1이색미러(DM1)는 유전체 코팅에 의해 제조되며, 상기 편광변환기(240)와 상기 시트형 편광빔스프리터(260) 사이의 광로 상에 배치되어 입사광 중 청색광은 반사시키고, 적색 및 녹색광은 투과시킨다. 상기 제1이색미러(DM1)를 투과한 광은 반사미러(M1)에서 반사되어 경로가 변환되고, 제1이색미러(DM1)에서 반사된 광은 반사미러(M2, M3)에서 반사되어 경로가 변환된다. 상기 제2이색미러(DM2)는 상기 반사미러(M1)에서 반사된 광의 경로 상에 배치되어, 입사된 적색 및 녹색광을 분기시킨다. 즉, 적색광은 반사시키고, 녹색광은 투과시킨다.

상기 시트형 편광빔스프리터(260) 각각은 상기 칼라프리즘(280)의 세 입사면 각각에 대향되게 배치되며, 상기 광분기수단에서 분기되어 입사된 광은 투과시키고, 상기 반사형 디스플레이소자(270)에서 반사되어 재입사된 광은 상기 이색 프리즘(280) 쪽으로 투과시킨다.

상기 반사형 디스플레이소자(270)는 상기 시트형 편광빔스프리터(260) 각각을 경유하여 입사된 광으로부터 화상을 생성하고 이를 반사시킨다. 상기 반사형 디스플레이소자(270)는 강유전체 액정표시소자(이하, FLCD ; Ferroelectric Liquid Crystal Display)로 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 편광변환기(240)와 각각의 시트형 편광빔스프리터(260) 사이의 광경로 상에는 입사광 중 일 편광의 광만이 상기 시트형 편광빔스프리터(260)로 향하도록 하는 제1 내지 제3폴라라이저(275, 277, 279)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 칼라프리즘(280)은 세 입사면과 일 출사면을 가진다. 상기 세 입사면 각각은 상기 시트형 편광빔스프리터(260) 각각과 대면하며 입사광이 상기한 일 출사면을 향하도록 입사광의 진행경로를 변환한다. 이를 위하여, 상기 칼라프리즘(280)은 파장에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 경면을 가진다. 상기 경면은 파장영역에 따라 투과 및 반사시키도록 코팅되어 있다.

상기 보정수단(290)은 앞서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기한 시트형 편광빔스프리터(260)를 채용함에 의하여 발생되는 수차를 보정하기 위한 것이다. 이 보정수단(290)은 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 시트형 편광빔스프리터(260)와 상기 투사렌즈유니트(300) 사이의 광경로 상에 상기 시트형 편광빔스프리터(260)의 경사방향 또는 그 반대방향으로 소정 각도 경사지게 배치된 보정판(291)을 포함한다.

이 보정판(291)은 소정 두께를 가지는 투명판으로 상기 시트형 편광빔스프리터(260)가 경사지게 배치되는 평면에 대해서는 광축에 대해 경사지게 배치되고, 그렇지 않은 평면에 대해서는 광축에 수직하게 배치된다. 이와 같이, 보정판(291)을 광축에 대해 기울여 배치시킴으로써, 상기 시트형 편광빔스프리터(260)에 기인한 수차를 보정할 수 있다. 상기 보정판(291)의 두께 및 기울기 정도는 상기 시트형 편광빔스프리터(260)의 두께, 기울기 각도 등에 변경될 수 있는 설계 사양이므로 그 자세한 설명을 생략한다.

)와, 상기 광축과 출사면(171b')이 이루는 각도(

는 대략 45°이고,

는 대략 0.25°정도의 각이다.

또한, 상기 보정수단(290)은 웨지형 렌즈(도 6의 143')를 더 구비할 수 있다. 상기 웨지형 렌즈(143')는 상기 시트형 편광빔스프리터(260) 전방의 광로 상에 배치된 렌즈(254)의 형상을 바꾼 것이다. 이 웨지형 렌즈(143')는 도 6을 참조하여 설명된 바와 같으므로 그 자세한 설명을 생략한다.

또한, 상기 보정수단(170)으로 상기한 보정판(291) 이외에 상기 투사렌즈유니트(180)와 시트형 편광빔스프리터(150) 사이의 경로 상에 배치되는 적어도 하나의 렌즈(254)를 상기 시트형 편광빔스프리터(260)가 경사지는 평면 상에서 입사광축에 대해 간격 d 만큼 시프트되게 배치시킴으로써 수차보정 성능을 보다 높일 수 있다.

상기 투사렌즈유니트(300)는 상기 보정수단(290)을 투과하여 수차가 보정된 광을 스크린(미도시) 쪽으로 확대 투사시킨다.

도 12는 도 8에 도시된 반사형 칼라프로젝트장치의 광학적 배치 중 반사형 디스플레이소자에서 투사렌즈유니트 사이의 광학적 배치 및, 광의 진행경로를 보다 상세히 나타낸 것이다.

반사형 디스플레이소자(270)에서 반사되고, 시트형 편광빔스프리터(260)를 경유한 후, 칼라프리즘(280)을 투과한 광을 조리개(STOP) 부분에서 살펴볼 때 수차를 가짐을 알 수 있다. 한편, 보정판(291)을 투과한 후에는 수차가 보정 됨을 알 수 있다.

이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 칼라프로젝트장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

광원(210)에서 조사된 광은 밴드필터(220)를 통해 적외선 광 및 자외선 광이 차단된 채로 가시광선 영역의 광이 일루미네이션유니트(230)에 입사된다. 입사된 가시광선의 광은 무편광 상태를 유지한 채로 일루미네이션유니트(230)를 투과하면서 균일광이 된다. 이 균일광은 편광변환기(240)를 투과하면서 광 손실이 거의 없이 일 편광의 광 예컨대 P편광의 광이 된다.

이 일 편광의 입사광은 제1이색미러(DM1)에서 파장에 따라 투과 또는 반사되어 서로 다른 경로로 분기된다. 즉, 제1이색미러(DM1)를 투과한 광은 제2이색미러(DM2)에 의해 재차 파장에 따라 분기된다. 즉, 제2이색미러(DM2)를 투과한 광은 폴라라이저(277)를 투과한 후, 일 반사형 편광빔스프리터(263)에서 반사된 후 반사형 액정표시소자(273)에 입사된다.

상기 반사형 디스플레이소자(273)는 입사된 소정 칼라의 광을 영상신호에 대응되게 각 화소별로 변조시킨다. 즉, 영상신호에 따라 선택적으로 편광방향을 바꾼다. 따라서, 상기 반사형 디스플레이소자(273)에서 반사된 광 중 편광이 변조된 광만이 상기 시트형 편광빔스프리터(263)를 투과하여 칼라프리즘(280)에 입사된다. 여기서, 다른 경로를 통해 입사되어 소정 칼라에 대응되게 화상을 형성하는 동작은 앞서 설명한 것과 동일하므로 설명을 생략한다.

상기한 세 경로를 통해 상기 칼라프리즘(280)에 입사된 광은 보정판(291)을 투과하면서 상기한 시트형 편광빔스프리터(260)에 기인한 수차가 보정된다. 이 수차가 보정된 칼라 화상의 광은 투사렌즈유니트(300)를 통해 스크린 쪽으로 확대 투영된다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치는 시트형 편광빔스프리터를 채용하여 입사 허용각이 크게 함과 아울러, 시트형 편광빔스프리터의 수차를 보정할 수 있도록 된 구조를 가짐으로써 종래의 큐브형 편광빔스프리터를 채용하는 프로젝트장치에 비해 광효율을 높일 수 있다는 이점이 있다.

아울러, 상기한 보정수단은 시트형 편광빔스프리터를 사용하는 광학장치 뿐만 아니라 하프 미러(half mirror)와 같은 기울어진 평판 글래스를 채용한 다른 종류의 광학장치에 수차 보정용으로 채용될 수도 있다.

Claims

광원과;

상기 광원에서 조사된 광의 진행경로 상에 광축에 대해 경사지게 배치되어, 입사광을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 시트형 편광빔스프리터와;

상기 시트형 편광빔스프리터를 경유한 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하고, 이를 상기 시트형 편광빔스프리터 쪽으로 반사시키는 반사형 디스플레이소자와;

광경로 상에 배치되어 입사광을 집속 및/또는 발산시킴에 의해 입사광의 진행을 가이드하는 릴레이렌즈유니트과;

상기 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 상기 시트형 편광빔스프리터를 경유한 광의 진행경로에 배치되어, 상기 시트형 편광빔스프리터가 광축에 대해 경사지게 배치됨으로써 발생된 비점수차를 보정하는 보정수단과;

상기 보정수단을 투과한 광을 스크린 쪽으로 확대 투과시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제1항에 있어서, 상기 보정수단은,

상기 시트형 편광빔스프리터와 상기 스크린 사이의 광경로 상에 상기 시트형 편광빔스프리터의 경사방향 또는 그 반대방향으로 소정각도 경사지게 배치된 보정판인 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제2항에 있어서, 상기 보정판은 광이 입사되는 입사면과 출사되는 출사면을 가지며, 광축과 상기 입사면이 이루는 각도와, 상기 광축과 상기 출사면이 이루는 각도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보정수단은,

상기 시트형 편광빔스프리터와 상기 투사렌즈유니트 사이의 광로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈에 형성된 것으로,

상기 렌즈는 입사면 및/또는 출사면의 곡률 중심이 광축에 대해 시프트되게 배치된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보정수단은,

상기 시트형 편광빔스프리터와 상기 투사렌즈유니트 사이의 광로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈에 형성된 것으로,

상기 렌즈는 광이 입사되는 입사면과 출사되는 출사면을 가지며, 광축과 상기 입사면이 이루는 각도와, 상기 광축과 상기 출사면이 이루는 각도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보정수단은,

상기 시트형 편광빔스프리터와 상기 투사렌즈유니트 사이의 경로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈가 상기 시트형 편광빔스프리터가 경사지는 평면 상에서 입사광축에 대해 시프트 되도록 배치됨에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
광원과;

상기 광원에서 조사된 광이 균일광이 되도록 하는 일루미네이션유니트와;

상기 일루미네이션유니트를 투과한 광을 일 편광의 광으로 변환하는 편광변환기와;

광경로 상에 배치되어 입사광을 집속 및/또는 발산시킴에 의해 입사광의 진 행을 가이드하는 릴레이렌즈유니트과;

상기 편광변환기를 투과한 일 편광의 광을 파장영역에 따라 분기시키는 광분기수단과;

상기 광분기수단에 의해 분기된 광 각각의 진행 경로 상에 배치되어 입사광의 편광방향에 따라 광의 진행경로를 변환하는 시트형 편광빔스프리터와;

상기 시트형 편광빔스프리터를 경유하는 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하는 반사형 디스플레이소자와;

상기 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 상기 시트형 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 광이 일 방향으로 출사되도록 파장에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 칼라프리즘과;

상기 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 상기 시트형 편광빔스프리터를 경유한 광의 진행경로에 배치되어, 입사광의 수차를 보정하는 보정수단과;

상기 칼라프리즘 쪽에서 입사되는 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제7항에 있어서, 상기 보정수단은,

상기 시트형 편광빔스프리터와 상기 스크린 사이의 광경로 상에 상기 시트형 편광빔스프리터의 경사방향 또는 그 반대방향으로 소정각도 경사지게 배치된 보정판인 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제8항에 있어서, 상기 보정판은 광이 입사되는 입사면과 출사되는 출사면을 가지며, 광축과 상기 입사면이 이루는 각도와, 상기 광축과 상기 출사면이 이루는 각도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제7항에 있어서, 상기 보정수단은,

상기 시트형 편광빔스프리터와 상기 투사렌즈유니트 사이의 광로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈에 형성된 것으로,

상기 렌즈는 입사면 및/또는 출사면의 곡률 중심이 광축에 대해 시프트되게 배치된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제7항에 있어서, 상기 보정수단은,

상기 시트형 편광빔스프리터와 상기 투사렌즈유니트 사이의 광로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈에 형성된 것으로,

상기 렌즈는 광이 입사되는 입사면과 출사되는 출사면을 가지며, 광축과 상기 입사면이 이루는 각도와, 상기 광축과 상기 출사면이 이루는 각도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제7항에 있어서, 상기 보정수단은,

상기 시트형 편광빔스프리터와 상기 투사렌즈유니트 사이의 경로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈가 상기 시트형 편광빔스프리터가 경사지는 평면 상에서 입 사광축에 대해 시프트 됨에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광원과 상기 일루미네이션유니트 사이의 광로 상에 배치되어, 상기 광원에서 조사된 광 중 적외선 및 자외선 영역의 광을 차단하는 대역필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광변환기는,

입사된 평행광을 집속 및 발산시켜 입사빔에 비해 단면의 크기가 축소된 평행빔이 출사되도록 하는 배열을 갖는 실린드리컬렌즈어레이와;

상기 실린드리컬렌즈어레이를 경유하여 조사된 광을 편광에 따라 제1 및 제2광으로 분기시키고 제1광은 투과시키고 제2광은 반사시키는 복수의 편광빔스프리터와;

상기 실린드리컬렌즈어레이에 의해 확보된 광이 통과하지 않는 영역에 배치되어, 상기 제2광이 상기 제1광과 나란한 방향으로 출사되도록 제2광의 광경로를 변환하는 복수의 반사부재와;

상기 제1광 또는 상기 반사부재를 경유한 제2광의 위상을 지연시켜 상기 제1 및 제2광이 동일 편광을 갖도록 하는 위상지연판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광분기수단은,

상기 편광변환기를 투과한 광의 경로 상에 배치되어 입사광을 파장영역에 따라 분기시키는 제1이색미러와; 상기 제1이색미러에서 분기된 광을 파장영역에 따라 재차 분기시키는 제2이색미러;를 포함하여 입사된 소정 편광의 백색광을 적색, 청색, 녹색의 광으로 분기시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광변환기와 상기 시트형 편광빔스프리터 각각의 사이에 배치되어, 입사광 중 일 편광의 광만이 상기 시트형 편광빔스프리터로 향하도록 하는 폴라라이저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.