KR100590246B1 - 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 광을 조사하는 램프와, 상기 램프로부터 조사되는 광 중 화면형성에 불필요한 광을 차단시키는 컷필터와, 상기 컷필터를 통해 투사되는 광을 균일하게 모아줌과 동시에 그 내부의 상·하면은 반사 거울로 구성되고, 특정 파장만을 통과시키도록 적어도 한 측면에 폴라라이징 빔 스프리트 막이 코팅된 라이트터널과, 상기 라이트터널을 통과한 빛을 모아주는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈를 통과한 빛을 편광시키는 제1편광판과, 상기 제 1편광판을 통과한 광을 각각의 R/G/B광으로 분리시키는 다이크로익미러와, 상기 다이크로익미러를 통과한 빛을 받아 투광 조절하는 R/G/B 액정소자와, 상기 R/G/B 액정소자를 통해 투광 조절된 후 재 합성되어 나오는 광을 편광시키는 제 2편광판과, 상기 제 2편광판을 통과한 빛을 확대 투사하는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 구조로 구성함에 따라 라이트터널이 빛을 균일하게 모아주는 기능과 아울러 편광기능까지 수행하도록 함에 따라 별도의 폴라라이징 빔 스프리터를 두고 그에 따라 조명렌즈의 구조를 복잡하게 구성해야만 했던 종래의 구조를 개선하게 되어 프로젝션 시스템의 전체 사이즈를 줄일 수 있음은 물론 그 광학 설계를 간단히 할 수 있게 되어 설계비용 및 생산원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

프로젝션 시스템{Projection System}

도 1은 본 발명에 의한 프로젝션 시스템의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 의한 프로젝션 시스템에 적용된 라이트터널의 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 의한 프로젝션 시스템의 라이트 터널을 사용하여 편광상태를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 의한 프로젝션 시스템의 라이트 터널을 사용하여 각 위치에 대한 빛의 균일 정도를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 램프 3 : 컷필터

5 : 라이트터널 5a,5b : 고반사거울

5c′,5d′ : 폴라라이징 빔 스프리터 7 : 집광렌즈

9 : 제 1편광판 10 : 컬러시스템

10a,10b : 그린 리타데이션 포일 10c : 폴라라이징 빔 스프리터

10d : 다이크로익 미러 12a,12b,12c ; G/B/R액정소자

13 : 제2편광판 15 : 투사렌즈

본 발명은 작은 이미지 화상을 투사계를 통해 스크린에 크게 확대하는 프로젝션에 관한 것으로서, 특히, 라이트터널의 내부에 반사 거울과 폴라라이징 빔 스프리터막을 형성시켜줌으로서 프로젝션 시스템의 전체 사이즈를 줄이고, 그 광학적 설계를 쉽게 이루도록 하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 액정프로젝터는 액정판넬을 광스위칭소자로 하여, 액정판넬상의 화상을 투사 광학계에 의해 스크린 상에 확대 투사하는 기계를 의미하는 것으로서, 상기 액정판넬은 크게 투과형(Transmissive) 타입과, 반사형(Reflective)타입으로 분류된다. 투과형 타입으로는 저온 폴리 실리콘 LCD(Poly-Si LCD)이 많이 사용되고 있으며, 반사형 타입으로는 LCOS가 주로 적용되고 있다.

상기 투과형은 배면으로부터 주위광 또는 형광을 입사시켜 상을 나타내는 형을 말하며, 반사형이란 LCD패널의 전면으로 입사시킨 빛을 패널 뒷면에 부착되어 있는 반사판에 반사시켜 표시하는 형을 일컫는 것으로서, 프로젝션 시스템은 한 장의 컬러 액정소자를 설치하여 영상을 구현하도록 된 단판식과, 3장의 단색액정소자를 설치하여 영상을 구현하도록 된 3판식이 있다.

종래의 프로젝션 시스템은 백색광을 조사하는 램프와, 상기 램프로부터 조사되는 백색광 중 화면형성에 불필요한 광을 차단하고 380㎜ ~ 780㎜의 가시광을 통과시키는 컷 필터와, 상기 컷 필터를 통해 투사되는 광을 균일하게 액정판으로 보내도록 유도하는 라이트터널과, 상기 라이트터널을 통과한 빛을 모아 휘도를 높여 주는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈를 통과한 빛 중 P파, S파를 선택적으로 투과, 90°반사시키는 폴라라이징 빔 스프리터(Polarizing Beam Splitter)와, 상기 폴라라이징 빔 스프리터를 통과한 빛을 편광시키는 제1편광판과, 상기 제 1편광판을 통과한 광을 각각의 G/B/R광으로 분리시킨 후 재 합성하는 컬러시스템과, 상기 컬러시스템을 통해 G/B/R광으로 분리된 광을 받아 투광 조절하도록 설치된 G/B/R액정소자와, G/B/R액정소자에 의해 투광 조절 된 후 합성되어 나오는 빛을 편광시키는 제 2편광판과, 상기 제 2편광판을 통과한 빛을 도시되지 않은 스크린에 확대 투사하는 투사렌즈로 구성되어 있다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 프로젝션 시스템은 제1편광판이 타는 것을 방지하기 위하여 라이트터널과, 제1편광판 사이에 폴라라이징 빔 스프리터를 추가로 설치하여 사용하고 있으나, 상기와 같이 폴라라이징 빔 스프리터를 설치함에 따라 프로젝션 시스템의 전체사이즈가 커짐은 물론, 사용되는 렌즈의 개수도 많아지게 되어 광학계의 설계 상 어려움이 있고, 그 광학계의 길이도 길어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 라이트터널의 구성을 개선함으로서 시스템의 구성을 단순화시켜 전체사이즈를 줄임과 동시에 그 설계를 쉽게 이루도록 하는 프로젝션 시스템을 제공하는 데 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 프로젝션 시스템은 광을 조사하는 램프와, 상기 램프로부터 조사되는 광 중 화면형성에 불필요한 광을 차단시키는 컷필터와, 상기 컷 필터를 통해 투사되는 광을 균일하게 모아줌과 동시에 특정 파장만을 통과시키도록 그 내부의 적어도 한 측면에 폴라라이징 빔 스프리트 막이 코팅된 라이트터널과, 상기 라이트터널을 통과한 빛을 모아주는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈를 통과한 빛을 편광시키는 제1편광판과, 상기 제 1편광판을 통과한 광을 각각의 분리 또는 재합성하는 컬러시스템과, 상기 컬러시스템에 의해 분리된 빛을 받아 투광 조절하는 G/B/R 액정소자와, 상기 G/B/R 액정소자를 통해 투광 조절된 후 컬러시스템에 의해 재 합성되어 나오는 광을 편광시키는 제 2편광판과, 상기 제 2편광판을 통과한 빛을 확대 투사하는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

상기 도면에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 프로젝션 시스템은 백색광을 조사하는 램프(1)와, 상기 램프(1)로부터 조사되는 백색광 중 화면형성에 불필요한 광을 차단하고 380㎜ ~ 780㎜의 가시광을 통과시키는 컷 필터(3)와, 상기 컷 필터(3)를 통해 투사되는 광을 모아주어 후술하는 액정판으로 보내도록 유도하는 라이트터널(5)과, 상기 라이트터널(5)을 통과한 빛을 모아 휘도를 높여주는 집광렌즈(7)와, 상기 집광렌즈(7)를 통과한 빛을 편광시키는 제1편광판(9)과, 상기 제 1편광판(9)을 통과한 광을 각각의 G/B/R광으로 분리시킨 후 재 합성하는 컬러시스템(10)과, 상기 컬러시스템(10)을 통해 G/B/R광으로 분리된 각각의 광을 받아 컬러 화상 표현에 필요한 광으로 투광 조절하는 G/B/R액정소자(12a,12b,12c) 와, 상기 G/B/R액정소자(12a,12b,12c)에 의해 투광 조절된 광이 컬러시스템(10)을 통과하면서 재 합성된 광을 편광시키는 제 2편광판(13)과, 상기 제 2편광판(13)을 통과한 빛을 도시되지 않은 스크린에 확대 투사하는 투사렌즈(15)로 구성된다.

상기 컬러시스템(10)은 입사된 S파의 G/B/R 광 중 G광만 P파로 변조시키고, R/B광은 S파 그대로 통과시키는 그린 리타데이션 포일(Green Retardation Foil)(10a,10b)과, 입사된 광 중 S파는 반사시키고 P파만 투과시키는 폴라라이징 빔 스프리터(10c)와, 상기 폴라라이징 빔 스프리터(10c)를 통해 입사된 R/B광중 B광은 반사시키고, R광을 투과시키는 다이크로익미러(10d)로 구성된다.

상기 라이트터널(5)의 내면 중 위·아래 두면(5a,5b)은 고 반사 거울로 만들고, 양옆 두면(5c,5d)은 S파를 반사시키고 P파를 투과시키는 폴라라이징 빔 스프리터막(5c′,5d′)이 코팅되어 이루어진다.

상기 폴라라이징 빔 스프리터막(5c′,5d′)은 상기 제1편광판(9)이 열에 약하기 때문에 타는 경우가 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 프로젝션 시스템의 작용 및 효과에 대해서 설명한다.

먼저, 램프(1)로부터 G/B/R 3파장을 같은 비율로 포함하고 있는 백색광이 발산되면, 상기 발산된 빛은 컷필터(3)를 통해 가시광(380~780㎜)이외에 화면 형성에 불필요한 파장, 다시 말해 380㎜이하의 자외선, 780㎜이상의 적외선과 같은 불필요한 빛이 차단되고, 상기 컷필터(3)를 통과한 빛은 라이트터널(5)을 통과한다.

이때, 상기 라이트터널(5)을 통과한 빛은 상기 라이트터널(5)의 내부 양측면 에 코팅된 폴라라이징 빔 스프리터 코팅막(5c′,5d′)에 의해 S파는 반사되고, P파는 투과된다.

상기와 같이 폴라라이징 빔 스프리터 코팅막(5c′,5d′)에 의해 반사된 S파는 상기 라이트터널(5)의 토출구측으로 나가 다수매의 집광렌즈(7)를 통해 빛이 모아진 후 제1편광판(3)으로 입사된다. 상기 제1편광판(3)을 통과한 빛은 그린 리타데이션 포일(10a)을 통과하면서, G광만 P파로 변조되고, 나머지 R/B광은 S파 그대로 진행하여 폴라라이징 빔 스프리터(10c)로 입사된다.

상기 폴라라이징 빔 스프리터(10c)로 입사된 광은 S파는 반사시키고 P파는 투과시키는 폴라라이징 빔 스프리터(10c)의 성질에 의해 P파 성분으로 변조된 G광은 상기 폴라라이징 빔 스프리터(10c)를 통과하여 G액정소자(12a)로 입사되고, 상기 폴라라이징 빔 스프리터(10c)에 의해 반사된 R/B광은 다이크로익미러(10d)로 입사된다.

상기 다이크로익미러(10d)로 입사된 R/B광 중 B광은 다시 상기 다이크로익미러(10d)에 의해 반사되어 B액정소자(12b)로 입사되고, 상기 다이크로익미러(10d)를 통과한 R광은 R액정소자(12c)로 입사된다.

상기 각각의 G/B/R액정소자(12a,12b,12c)에 입사된 G/B/R광은 투광 조절되어 컬러 화상 표현에 필요한 광으로 발색된 후 되 반사된다.

이때, 상기 G/B/R액정소자(12a,12b,12c)를 통해 반사되는 광은 그 위상이 변하게되어 P파 성분으로 입사된 G광은 S파로 반사된다. 또한, S파로 입사된 B/R광은 P파로 위상이 변하여 반사된다.

따라서, 상기 S파로 반사되어 나오는 G광은 폴라라이징 빔 스프리터(10c)에 의해 반사되고, 그 반사된 광은 다시 그린 리타데이션 포일(10b)을 통과하면서 P파로 변조되어 나가게 된다.

한편, 상기 P파로 변조된 B/R광은 그대로 폴라라이징 빔 스프리터(10c) 및 그린 리타데이션 포일(10b)을 통과한다.

상기와 같이 다시 폴라라이징 빔 스프리터(10c) 및 다이크로익미러(10d)를 통과하면서 재 합성되어 그린 리타데이션 포일(10b)를 통과한 광은 다시 제 2편광판(13)을 통해 편광된 후 투사렌즈(15)를 통해 확대 투사되게 되는 것이다.

이와 같이 동작하는 본 발명에 의한 프로젝션 시스템은 라이트터널(5)의 내부 양측면에 폴라라이징 빔 스프리터막(5c′,5d′)을 형성시켜 줌에 따라 편광기능을 수행하고, 빛을 균일하게 모아주는 역할을 동시에 수행하게 된다.

따라서, 종래에 별도의 폴라라이징 빔 스프리터를 사용하고, 그에 따라 조명렌즈의 수를 늘려야만 했던 구조를 개선함에 따라 전체 사이즈를 30㎜정도 감소시킬 수 있게되며, 조명렌즈가 간단해져서 설계비용과 생산 원가가 절감되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 프로젝션 시스템의 시뮬레이션 결과치를 나타낸 것으로서, 도 3은 편광 분포를 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 라이트 터널을 통과한 상태에서의 빛의 균일성 정도를 상타낸 도면이다.

상기 도 3에서 사각의 라인은 라이트터널의 아웃 풋(output)면적을 나타내고, S파는 세로로 표현되어 있는 것을 나타낸다.

도면에 나타나 있는 대로 P파(가로로 표현되는 파)만을 잘라내고 S파만이 라이트터널을 빠져 나왔다는 것을 쉽게 알 수 있다.

또한, 도 4에서 짙게 표현된 빛은 그 빛이 조사되는 정도가 많은 부분을 나나태고, 흐르게 표현된 부분은 빛의 조사 정도가 약한 부분이 표현 된 것이고, 가로로 도시된 파형선도는 X축 위치에 따른 빛의 정도를 나타낸 도면이고, 세로로 도시된 파형선도는 Y축 위치에 따른 빛의 정도를 나타낸 도면으로서, 그 파형차가 고르게 분포된 것을 확인 할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 라이트 터널이 그 편광성 및 빛의 균일성을 동시에 만족시키고 있음을 쉽게 확인 할 수 있게 된다.

상술한 내용에 있어서, 폴라라이징 빔 스프리터막을 라이트터널의 내부 양측면에 형성시킨 것을 예로 들어 설명하였으나, 광량을 높이기 위하여 한쪽 면에만 형성시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 프로젝션 시스템은 라이트터널의 내부면에 반사 거울과 폴라이징 빔 스프리터막을 형성시켜 줌에 따라 라이트터널이 빛을 균일하게 모아주는 기능과 아울러 편광기능까지 수행하도록 함에 따라 별도의 폴라라이징 빔 스프리터를 두고 그에 따라 조명렌즈의 구조를 복잡하게 했던 종래의 구조를 개선하게 되어 프로젝션 시스템의 전체 사이즈를 줄일 수 있음은 물론 그 광학 설계를 간단히 할 수 있게 되어 설계비용 및 생산원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 광을 조사하는 램프;

   상기 램프로부터 조사되는 광 중 화면형성에 불필요한 광을 차단시키는 컷필터;

   상기 컷필터를 통해 투사되는 광을 균일하게 모아줌과 동시에 그 내부의 상·하면은 반사 거울로 구성되고, 특정 파장만을 통과시키도록 적어도 한 측면에 폴라라이징 빔 스프리트 막이 코팅된 라이트터널;

   상기 라이트터널을 통과한 빛을 모아주는 집광렌즈;

   상기 집광렌즈를 통과한 빛을 편광시키는 제1편광판;

   상기 제 1편광판을 통과한 광을 각각의 분리 또는 재합성하는 컬러시스템;

   상기 컬러시스템에 의해 분리된 빛을 받아 투광 조절하는 R/G/B 액정소자;

   상기 G/B/R 액정소자를 통해 투광 조절된 후 컬러시스템에 의해 재 합성되어 나오는 광을 편광시키는 제 2편광판;

   상기 제 2편광판을 통과한 빛을 확대 투사하는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
2. 삭제

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