KR100632518B1 - 투과형 조명 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투과형 조명 광학계에 관한 것으로서, 특히 광학계의 크기가 작으며 가격이 저렴한 투과형 조명 광학계에 관한 것이다.

본 발명에 따른 투과형 조명 광학계는 광원과, 상기 광원으로부터 방출된 광을 적, 녹, 청의 3색의 광으로 분리하도록 배치된 다이크로익 미러와, 상기 3색으로 분리된 각각의 제1,2,3광의 경로상에 배치되며 화상을 생성하는 투과형 엘씨디와, 제 1광과 제 2광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제1광경로 일치수단과, 상기 제1광경로 일치수단을 지난 광의 편광 방향이 일치되도록 하는 제1파장판과, 상기 제 3광이 반사되어 경로가 변경되도록 하는 광경로 변경수단과, 상기 제1광경로 일치수단과 광경로 변경수단을 지난 광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제2광경로 일치수단과, 상기 제2광경로 일치수단을 지난 광의 편광방향이 일치되도록 하는 제2파장판이 포함되는 것을 특징으로 한다.

투과형, 조명, 광학계, 광경로

Description

투과형 조명 광학계{PROJECTIVE YTPE LIGHTING OPTICAL SYSTEM}

도 1은 종래의 투과형 조명 광학계를 설명하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 투과형 조명 광학계의 제 1실시예를 설명하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 투과형 조명 광학계의 제 2실시예를 설명하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 투과형 조명 광학계의 제 3실시예를 설명하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 투과형 조명 광학계의 제 4실시예를 설명하는 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

20 ; PCS 31 ; 제1다이크로익 미러

32 ; 제2다이크로익 미러 41 ; 제1투과형 LCD

42 ; 제2투과형 LCD 43 ; 제3투과형 LCD

50 ; 릴레이 시스템 60 ; X-프리즘

100 ; 램프 110 ; PCS

121 ; 제1다이크로익 미러 131 ; 제1투과형 LCD

132 ; 제2투과형 LCD 133 ; 제3투과형 LCD

141 ; 파장판 142 ; 파장판

151 ; 편광판 152 ; 편광판

153 ; 편광판 154 ; 편광판

161 ; 제1PBS 162 ; 제2PBS

163 ; 제3PBS 171 ; 제1색선별 파장판

181 ; 프리즘 182 ; 프리즘

183 ; 제1다이크로익 코팅면 184 ; 프리즘

185 ; 제2다이크로익 코팅면 186 ; 프리즘

191 ; 제1다이크로익 프리즘 192 ; 제2다이크로익 프리즘

본 발명은 투과형 조명 광학계에 관한 것으로서, 특히 광학계의 크기가 작으며 가격이 저렴한 투과형 조명 광학계에 관한 것이다.

최근 디스플레이장치는 경량화, 경박화 뿐만 아니라 대화면으로 가는 추세에 있으며, 이러한 대화면의 디스플레이장치로서 대표적으로 프로젝션 TV가 있다.

프로젝션 TV는 CRT 프로젝션 TV와 LCD 프로젝션 TV의 두가지 형태로 나눌 수 있는데, 여기서 LCD 프로젝션 TV는 다시 투과형 LCD를 이용하는 형태와, 반사형 LCD를 이용하는 형태로 나눌수 있다.

이와 같은 프로젝션 시스템은 색을 합성하는 부품으로서 X-프리즘을 사용하는데, 이 경우 R,G,B의 각각의 색에 따른 광경로의 차이가 발생하여 그 차이를 보정해 줄 별도의 광학계가 구성되어야 한다.

도 1은 종래의 투과형 조명 광학계를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 램프(10)에서 조사된 빛이 PCS(Polarization Converting System, FEL & PBS Array)(20)를 거쳐 제1다이크로익 미러(31)를 지나면서 레드의 빛(Red: R)은 반사, 그린의 빛(Green: G) 및 블루의 빛(Blue: B)은 투과된다.

상기 제1다이크로익 미러(31)에서 반사된 레드의 빛은 반사면에 의해 제1투과형 LCD(41)에 입사하고, 그린의 빛은 제2다이크로익 미러(32)에 반사되어 제2투과형 LCD(42)에 입사되고, 블루의 빛은 제2다이크로익 미러(32)를 지나 릴레이 시스템(Relay system)(50)을 거쳐 제3투과형 LCD(43)에 입사된다.

이렇게 각각의 제1,2,3투과형 LCD(41)(42)(43)에 입사된 빛은 제1,2,3투과형 LCD에 입력되는 신호에 따라 광의 위상이 변조되어 영상정보가 입력된다.

그리고, X-프리즘(60)에 의해 레드, 그린, 블루의 빛이 합성되고, 파장판(70)을 지나면서 편광상태가 일치되어 투사렌즈로 입사, 스크린에 디스플레이된다.

이와 같은 종래의 조명 광학계는 블루의 빛에 대하여 광 경로의 차이가 발생하여 별도의 릴레이 시스템(50)이 필요하고, 이에 따라 광학 엔진의 크기가 증가되며 광학계의 크기가 커지는 문제점이 있다.

또한, X-프리즘(60)의 특성상 레드와 블루의 빛은 동일한 편광 상태를 유지할 수 있으나, 그린의 빛은 상기 레드 및 블루와 편광상태가 다르게 입사되기 때문에 편광상태의 정렬을 위해 파장판이 필요한 문제점 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 별도의 릴레이 시스템이 없이 각각의 빛에 대한 광 경로가 동일하게 할 수 있는 투과형 조명 광학계를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 투사렌즈로 입사전 각각의 빛에 대한 편광성분이 동일하도록 하여 편광상태 정렬을 위한 파장판이 필요없는 투과형 조명 광학계를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 저렴하고 적은 광학 부품을 사용하여 비용을 절감할 수 있는 투과형 조명 광학계를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 투과형 조명 광학계는 광원과, 상기 광원으로부터 방출된 광을 적, 녹, 청의 3색의 광으로 분리하도록 배치된 다이크로익 미러와, 상기 3색으로 분리된 각각의 제1,2,3광의 경로상에 배치되며 화상을 생성하는 투과형 엘씨디와, 제 1광과 제 2광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제1광경로 일치수단과, 상기 제1광경로 일치수단을 지난 광의 편광 방향이 일치되도록 하는 제1파장판과, 상기 제 3광이 반사되어 경로가 변경되도록 하는 광경로 변경수단과, 상기 제1광경로 일치수단과 광경로 변경수단을 지난 광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제2광경로 일치수단과, 상기 제2광경로 일치수단을 지난 광의 편광방향이 일치되도록 하는 제2파장판이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제 1광경로 일치수단은 제 1광 또는 제 2광의 편광 방향이 변경되도록 하는 파장판과 특정 편광의 광이 반사 또는 투과되도록 하는 PBS인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광경로 변경수단은 특정 편광의 광이 반사되도록 하는 PBS인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광경로 변경수단은 프리즘인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광경로 변경수단과 제2광경로 일치수단 사이에는 광경로 변경수단을 지난 광의 편광 방향이 변경되도록 하는 파장판이 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 투과형 조명 광학계는 광원과, 상기 광원으로부터 방출된 광을 적, 녹, 청의 3색의 광으로 분리하도록 배치된 다이크로익 미러와, 상기 3색으로 분리된 각각의 제1,2,3광의 경로상에 배치되며 화상을 생성하는 투과형 엘씨디와, 제 1광과 제 2광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제1광경로 일치수단과, 상기 제 3광이 반사되어 경로가 변경되도록 하는 광경로 변경수단과, 상기 제1광경로 일치수단과 광경로 변경수단을 지난 광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제2광경로 일치수단이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1광경로 일치수단은 특정 색의 광이 반사 또는 투과되는 다이크로익 프리즘인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광경로 변경수단은 프리즘인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1광경로 일치수단과 제2광경로 일치수단은 양면에 다이크로익 코팅면이 형성된 프리즘인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2광경로 일치수단과 광경로 변경수단은 양면에 반사면과 다이크로익 코팅면이 형성된 프리즘인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 투과형 조명 광학계에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 투과형 조명 광학계의 실시예를 설명하는 도면이다.

도 2 내지 도 5의 실시예에서 램프(100)에서 조사된 빛이 각각의 제1,2,3투과형 LCD(131)(132)(133)에 입사되는 경로는 동일하므로, 먼저 이를 설명하고 각각의 도면에서 투과형 제1,2,3LCD(131)(132)(133)를 지난 빛이 합성되는 과정에 대해 설명하도록 한다.

램프(100)에서 조사된 빛은 PCS(110)를 거쳐 편광성분이 정렬되고, 제1다이크로익 미러(121)를 지나면서 블루의 빛(Blue: B)은 반사, 그린의 빛(Green: G) 및 레드(Red: R)의 빛은 투과된다.

상기 제1다이크로익 미러(121)에서 반사된 블루의 빛은 반사면에 의해 제1투과형 LCD(131)에 입사하고, 레드의 빛은 제2다이크로익 미러(122)에 반사되어 제2투과형 LCD(132)에 입사되고, 그린의 빛은 제2다이크로익 미러(122)를 지나 제3투과형 LCD(133)에 입사된다.

이렇게 각각의 제1,2,3투과형 LCD(131)(132)(133)에 입사된 빛은 투과형 LCD에 입력되는 신호에 따라 광의 위상이 변조되어 영상정보가 입력되고, 레드, 그린, 블루의 빛이 합성되어 투사렌즈로 입사되어 스크린에 디스플레이된다.

한편, 본 발명에 따른 투과형 조명 광학계에서 빛이 합성되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 투과형 조명 광학계의 제 1실시예를 설명하는 도면으로서, 도 2를 참조하여 설명한다.

제1다이크로익 미러(121)에서 반사되어 파장판(141)을 통과하면서 블루의 빛은 편광상태가 P파가 되고, 제1투과형 LCD(131)를 투과하여 편광판(151)을 지나 제1PBS(161)에 입사된다. 상기 편광판(151)은 특정 편광 방향의 빛(본 실시예에서는 P파)만 통과되도록 한다.

그리고, 레드의 빛은 제2투과형 LCD(132)를 투과하여 편광판(152)을 지나 제1PBS(161)에서 반사되어 블루의 빛과 합성된다.

이렇게 합성된 블루와 레드의 빛은 제1색선별 파장판(171)을 거치면서 S파로 편광상태가 일치되어 제2PBS(162)로 입사된다.

한편, 제3투과형 LCD(133) 및 편광판(153)을 지난 그린의 빛은 제3PBS(163)에 반사되고, 파장판(142)에서 편광상태가 P파로 되어 제2PBS(162)로 입사된다.

이때, 상기 파장판(141), 제1색선별 파장판(171), 파장판(142)은 광학계의 설계여부에 따라 그 위치가 변경되거나 제거될 수 있다.

제2PBS(162)로 입사된 블루, 레드, 그린의 빛은 편광상태에 따라 합성되고, 제2색선별 파장판(172)에서 S파로 편광상태가 일치되어 편광판(154)를 지나 투사렌즈로 입사하게 된다. 상기 편광판(154)은 특정 편광의 빛만 통과되도록 하여 화면의 콘트라스트가 향상되도록 한다. 상기 편광판(154)은 선택적으로 구비될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 투과형 조명광학계의 제 1실시예에 따르면 별도의 릴레이 시스템 없이 광 경로가 동일하게 할 수 있으며, 고가의 X-프리즘을 사용하지 않고 구성이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 투과형 조명광학계의 제 2실시예를 설명하는 도면이다.

블루의 빛은 제1다이크로익 미러(121)에서 반사되어 파장판(141)을 통과하면서 편광상태가 P파가 되고, 제1투과형 LCD(131)를 투과하여 편광판(151)을 지나 제1PBS(161)에 입사된다.

그리고, 레드의 빛은 제2투과형 LCD(132)를 투과하여 편광판(152)을 지나 제1PBS(161)에서 반사되어 블루의 빛과 합성된다.

이렇게 합성된 블루와 레드의 빛은 제1색선별 파장판(171)을 거치면서 S파로 편광상태가 일치되어 제2PBS(162)로 입사된다.

한편, 제3투과형 LCD(133) 및 편광판(153)을 지난 그린의 빛은 프리즘(181)에 반사되고, 파장판(142)에서 편광상태가 P파로 되어 제2PBS(162)로 입사된다.

제2PBS(162)로 입사된 블루, 레드, 그린의 빛은 편광상태에 따라 합성되고, 제2색선별 파장판(172)에서 S파로 편광상태가 일치되어 편광판(154)를 지나 투사렌즈로 입사하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 투과형 조명광학계의 제 2실시예에 따르면 별도의 릴레이 시스템 없이 광 경로가 동일하게 할 수 있으며, 고가의 X-프리즘을 사용하지 않고 구성이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 투과형 조명광학계의 제 3실시예를 설명하는 도면이 다.

블루의 빛은 제1다이크로익 미러(121)에서 반사되어 제1투과형 LCD(131)를 투과하여 편광판(151)을 지나 제1다이크로익 프리즘(191)에 입사된다.

그리고, 레드의 빛은 제2투과형 LCD(132)를 투과하여 편광판(152)을 지나 제1다이크로익 프리즘(191)에서 반사되어 블루의 빛과 합성된다.

이렇게 합성된 블루와 레드의 빛은 제2다이크로익 프리즘(192)으로 입사된다.

한편, 제3투과형 LCD(133) 및 편광판(153)을 지난 그린의 빛은 프리즘(181)에 반사되어 제2다이크로익 프리즘(192)으로 입사된다.

제2다이크로익 프리즘(162)으로 입사된 블루, 레드, 그린의 빛은 편광상태가 일치되어 편광판(154)를 지나 투사렌즈로 입사하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 투과형 조명광학계의 제 3실시예에 따르면 별도의 릴레이 시스템 없이 광 경로가 동일하게 할 수 있으며, 투사렌즈로 입사전 각각의 빛에 대한 편광성분이 동일하도록 하여 편광상태 정렬을 위한 파장판이 필요없는 투과형 조명 광학계의 구성이 가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 투과형 조명광학계의 제 4실시예를 설명하는 도면이다.

블루의 빛은 제1다이크로익 미러(121)에서 반사되어 제1투과형 LCD(131)를 투과하여 편광판(151)을 지나 프리즘(182)에 입사된다. 그리고, 제1다이크로익 코팅면(183)을 투과하여 프리즘(184)로 입사된다.

그리고, 레드의 빛은 제2투과형 LCD(132)를 투과하여 편광판(152)을 지나 프리즘(182)의 제1다이크로익 코팅면(183)에 반사되어 블루의 빛과 합성된다.

이렇게 합성된 블루와 레드의 빛은 제2다이크로익 코팅면(185)에서 반사된다.

한편, 제3투과형 LCD(133) 및 편광판(153)을 지난 그린의 빛은 프리즘(186)에 반사되어 제2다이크로익 코팅면(185)을 지난다.

제2다이크로익 프리즘(162)으로 입사된 블루, 레드, 그린의 빛은 편광판(154)를 지나 투사렌즈로 입사하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 투과형 조명광학계의 제 4실시예에 따르면 별도의 릴레이 시스템 없이 광 경로가 동일하게 할 수 있으며, 투사렌즈로 입사전 각각의 빛에 대한 편광성분이 동일하도록 하여 편광상태 정렬을 위한 파장판이 필요없는 투과형 조명 광학계의 구성이 가능하다.

본 발명은 릴레이 시스템이 없이 각각의 빛에 대한 광 경로가 동일하게 할 수 있는 투과형 조명 광학계를 제공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 릴레이 시스템이 제거됨에 따라 광학계의 크기가 획기적으로 작아진 투과형 조명 광학계를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 투사렌즈로 입사전 각각의 빛에 대한 편광성분이 동일하도록 하여 편광상태 정렬을 위한 위상판이 필요없는 투과형 조명 광학계를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 저렴하고 적은 광학 부품을 사용하여 비용을 절감할 수 있는 투과형 조명 광학계를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

1. 광원과,

   상기 광원으로부터 방출된 광을 적, 녹, 청의 3색의 광으로 분리하도록 배치된 다이크로익 미러와,

   상기 3색으로 분리된 각각의 제1,2,3광의 경로상에 배치되며 화상을 생성하는 투과형 엘씨디와,

   제 1광과 제 2광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제1광경로 일치수단과,

   상기 제1광경로 일치수단을 지난 광의 편광 방향이 일치되도록 하는 제1파장판과,

   상기 제 3광이 반사되어 경로가 변경되도록 하는 광경로 변경수단과,

   상기 제1광경로 일치수단과 광경로 변경수단을 지난 광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제2광경로 일치수단과,

   상기 제2광경로 일치수단을 지난 광의 편광방향이 일치되도록 하는 제2파장판이 포함되는 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
2. 제 1항에 있어서,

   제 1광경로 일치수단은 제 1광 또는 제 2광의 편광 방향이 변경되도록 하는 파장판과 특정 편광의 광이 반사 또는 투과되도록 하는 PBS인 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광경로 변경수단은 특정 편광의 광이 반사되도록 하는 PBS인 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광경로 변경수단은 프리즘인 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 광경로 변경수단과 제2광경로 일치수단 사이에는 광경로 변경수단을 지난 광의 편광 방향이 변경되도록 하는 파장판이 더 포함된 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
6. 광원과,

   상기 광원으로부터 방출된 광을 적, 녹, 청의 3색의 광으로 분리하도록 배치된 다이크로익 미러와,

   상기 3색으로 분리된 각각의 제1,2,3광의 경로상에 배치되며 화상을 생성하는 투과형 엘씨디와,

   제 1광과 제 2광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제1광경 로 일치수단과,

   상기 제 3광이 반사되어 경로가 변경되도록 하는 광경로 변경수단과,

   상기 제1광경로 일치수단과 광경로 변경수단을 지난 광이 반사 또는 투과됨으로서 경로가 일치되도록 하는 제2광경로 일치수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제1광경로 일치수단은 특정 색의 광이 반사 또는 투과되는 다이크로익 프리즘인 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 광경로 변경수단은 프리즘인 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 제1광경로 일치수단과 제2광경로 일치수단은 양면에 다이크로익 코팅면이 형성된 프리즘인 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 제2광경로 일치수단과 광경로 변경수단은 양면에 반사면과 다이크로익 코팅면이 형성된 프리즘인 것을 특징으로 하는 투과형 조명 광학계.

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