KR100675856B1 - 프로젝션 시스템용 라이트 엔진 - Google Patents

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KR100675856B1
KR100675856B1 KR1020030095129A KR20030095129A KR100675856B1 KR 100675856 B1 KR100675856 B1 KR 100675856B1 KR 1020030095129 A KR1020030095129 A KR 1020030095129A KR 20030095129 A KR20030095129 A KR 20030095129A KR 100675856 B1 KR100675856 B1 KR 100675856B1
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Abstract

본 발명은 빛을 조사하는 광원과 광원에서 나온 빛을 편광시키기 위한 편광유닛과 디스플레이 소자 쪽으로 보내지는 빛을 균일하게 하기 위한 라이트 파이프를 구비하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진에 관한 것으로, 광원과 라이트 파이프 사이에 배치되고 광원에서 조사된 빛을 편광시켜 라이트 파이프로 보내는 편광유닛, 편광유닛의 일측에 배치되고 편광유닛에서 반사되어 빠져나오는 빛을 편광유닛 쪽으로 반사하는 제 1반사경 및 제 1반사경 반대편 편광유닛의 타측에 배치되고 편광유닛에서 반사되어 빠져나오는 빛을 편광유닛 쪽으로 반사하는 제 2반사경을 포함하는 구성을 가지며, 라이트 파이프 부근에서 손실되는 빛이 엔진 케이스에 흡수되어 손상되는 것을 방지하여 줌과 아울러 손실되는 빛의 일부를 재 흡수하여 라이트 엔진의 광 효율을 높일 수 있도록 해준다.
프로젝션시스템, 광 효율, 라이트 엔진, 라이트 파이프, 프로젝션티브이

Description

프로젝션 시스템용 라이트 엔진{Light engine for a projection system}
도 1은 일반적인 프로젝션 시스템용 라이트 엔진의 구성도,
도 2는 종래 라이트 엔진의 편광유닛 주위의 구성을 설명하기 위한 구성도,
도 3은 본 발명이 적용된 라이트 엔진의 구성도이고,
도 4는 도 3 편광유닛 부근의 구성을 나타낸 구성도,
도 5는 구면경의 곡률반경 값을 구하는 과정을 설명하기 위한 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
120 : 편광빔 유닛 121 : 제 1편광빔 스플리터부
122 : 제 1프리즘 123 : 제 1편광빔 스플리터면
125 : 광 효율 프리즘 126 : 제 2편광빔 스플리터부
127 : 제 2프리즘 128 : 제 2편광빔 스플리터면
129 : 하프웨이브 플레이트 180 : 케이스
200 : 라이트 엔진 210 : 제 1구면경
220 : 제 2구면경 230 : 제 3구면경
본 발명은 프로젝션 시스템용 라이트 엔진(light engine)에 관한 것으로, 특히 빛을 조사하는 광원과 광원에서 나온 빛을 편광시키기 위한 편광유닛과 디스플레이 소자 쪽으로 보내지는 빛을 균일하게 하기 위한 라이트 파이프를 구비하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 프로젝션 시스템용 라이트 엔진은 크게 조명계, 색분리/합성부, 투사계로 나눌 수 있다. 프로젝션 시스템에서 반사형 LCD와 같은 마이크로디스플레이 패널을 이미저(imager)로 사용하는 경우에는 조명계와 투사계 사이의 경로변경을 위하여 편광된 빛을 이미저에 조명해 주어야 하기 때문에 조명계에 편광유닛이 필요하다.
도 1은 일반적인 프로젝션 시스템용 라이트 엔진의 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 프로젝션 시스템용 라이트 엔진(100)은 광원(102), UV/IR필터(104), 렌즈(106), 반사경(108), 컬러휠(110), 편광유닛(120), 라이트 파이프(130), 렌즈군(140), 편광빔 스플리터(150), 콘트라스트 커플러(162, constrast coupler), 마이크로 디스플레이 패널(160) 및 투사계(170) 등으로 구성되어 있다.
상기 구성에서 광원(102)으로부터 출사한 무편광 빛은 상기 편광유닛(120)에서 P파 등으로 편광된 후, 상기 편광유닛(120)을 통과한 빛은 라이트 파이프(130)에서 라이트 인텐시티(intensity)가 균일하게 되고, 라이트 인텐시티가 균일하게 된 빛은 광경로를 조정하기 위한 렌즈군(140)을 거쳐 편광빔 스플리터(150)를 통과하여 반사형 마이크로디스플레이 패널(160)에서 반사되면서 상변환 된 후 편광빔 스플리터(150)로 재입사 된 다음 편광빔 스플리터(150)에서 반사되어 투사계(170) 쪽으로 향하게 된다.
여기서, 반사형 마이크로디스플레이 패널(160)로 조사된 빛 중, 액정이 ON 상태의 영역에서는 편광 방향을 90°회전하여 출사하기 때문에 즉, 입사된 빛이 P파라면 이 빛은 반사되면서 S파로 변환되어지기 때문에, ON 상태 영역에 대응하는 출사광은 편광빔 스플리터(150)를 투과하지 못하고, 편광빔 스플리터면(152)에서 반사되어 컬러선택 편광판(154)을 거쳐 투사 렌즈(170)로 향하게 된다.
도 1에 나타낸 바와 같은 프로젝션 시스템용 라이트 엔진(100)에서 마이크로디스플레이 패널(160)을 사용할 경우 조명된 빛이 투사 렌즈(170)로 가기 위해서는 편광빔 스플리터(150)가 필요하게 되고, 편광빔 스플리터(150)를 이용 시에는 편광된 조명광이 필요하다. 즉, 프로젝션 시스템용 라이트 엔진의 조명계에 편광유닛(120)이 필요하다.
일반적인 프로젝션 스스템용 라이트 엔진과 관련하여서는 특허공개번호 2002-0000476호 “편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템”, 특허공개번호 2003-0078216호 “화면 조정이 용이한 광학엔진 어셈블리 및 이를 채용한 프로젝션 시스템” 등을 참조하면 더 자세히 알 수 있다.
도 2는 종래 라이트 엔진의 편광유닛 주위의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
앞에서 설명한 광원(102)에서 나온 빛은 몇 개의 광학 부품을 거쳐 마이크로디스플레이 패널(microdisplay panel, 160)에 이르면 빛의 세기(light intensity) 가 균일하고 또한 한 방향으로 편광 되어진다.
엔진(Engine)에서 빛을 균일하게 하는 부품으로 앞에서 설명한 라이트 파이프(Light Pipe, 130) 등이 쓰인다. 광원에서 나온 빛은 라이트 파이프(130)에 이르면 도 2에 나타낸 바와 같이 편광유닛(120)의 제 1편광빔 스플리터부(121)의 앞면에 초점을 맺는다. 라이트 파이프(130) 앞에는 2개의 프리즘(prism, 122, 127)과 1개의 롬보이드 프리즘(rhomboid prism, 125) 그리고 하프웨이브 플레이트(halfwave plate, 129)로 된 편광유닛(120)이 배치되어 있다. 물론, 롬보이드 프리즘(125)은 2개로 분할된 상태로 사용되어도 무방하다.
편광유닛(120)은 제 1편광빔 스플리터부(121)와 제 2편광빔 스플리터부(126) 및 하프웨이브 플레이트(129, halfwave plate)로 이루어져 있다. 하프웨이브 플레이트(129)는 하프웨이브 리타더(halfwave retarder)라고 불리기도 한다.
제 1편광빔 스플리터부(121)에는 롬보이드 프리즘(125)과 제 1프리즘(122)이 접하는 제 1편광빔 스플리터면(123)이 구비되고, 제 2편광빔 스플리터부(126)에는 롬보이드 프리즘(125)과 제 2프리즘(127)이 접하는 제 2편광빔 스플리터면(128)이 구비된다. 이 제 1, 제 2편광빔 스플리터면(123, 125)에서 빛은 S파와 P파로 나뉘어 진행하게 된다.
빛이 이상적인 점 광원에서 출발한다면 라이트 파이프(130)에서의 빛의 진행 모습은 도 2에 나타낸 바와 같을 것이다. 제 1편광빔 스플리터면(123)에 도착한 빛 중 S파는 반사하고 P파는 통과하게 된다. 제 1편광빔 스플리터면(123)에서 반사 된 S파는 제 2편광빔 스플리터부(126)의 제 2편광빔 스플리터면(128)에서 다시 반사하고 하프웨이브 플레이트(129)를 거쳐 P파로 바뀌게 된다. 이에 따라 광원(102)을 출발한 모든 빛은 라이트 파이프(130) 안에서는 P파로 편광된 상태로 진행하게 된다.
하지만 이는 이상적인 경우로서 실제로는 제 1, 제 2편광빔 스플리터부(121, 126)에서 S파와 P파가 각각 100% 반사 및 투과되지는 않는다.
S파, P파의 투과율이 각각 Ts, Tp 라 하고 S파, P파의 반사율이 각각, Rs, Rp라 하면 편광유닛(120)에 처음 들어 온 빛의 양을 1로 두었을 때 라이트 파이프(130)로 진행하는 빛(Ttotal)과 밖으로 손실되는 빛(Ltotal)의 양은 다음과 같다.
Ttotal = 0.5Tp + 0.5Rp2 + 0.5Ts + 0.5Rs2 ----(식 1)
Ltotal = 1 - Ttotal = 0.5RpTp + 0.5RsTs ------(식 2)
Tp, Ts, Rp 및 Rs 값이 각각 0.8, 0.1, 0.2 및 0.9 이고 흡수되는 빛의 양은 무시할 수 있으며 제 1, 제 2편광빔 스플리터면(123, 128)을 제외한 제 1, 제 2프리즘(122, 127) 각 면의 투과율이 100%라 가정하면,
Ttotal = 0.5x0.8 + 0.5x0.1 + 0.5x0.22 + 0.5x0.92 = 0.875 --- (식 3)
Ltotal = 1 - 0.875 = 0.5x0.2x0.8 + 0.5x0.9x0.1 = 0.125 --- (식 4) 가 된다.
즉, 12%가 넘는 빛이 손실되며 이 손실 된 빛은 제 1, 제 2프리즘(122, 127)의 외부 엔진 케이스(180)에 집중된다. 엔진 케이스(180)는 빛의 산란을 막기 위 하여 검은 색을 사용하고 따라서 빛이 잘 흡수되어 쉽게 타게 되어 형태가 쉽게 변형된다는 문제점이 발생된다.
즉, 종래의 프로젝션 시스템용 라이트 엔진은 외부로 손실되는 빛의 양이 많아 광 효율이 떨어질 뿐만 아니라 손실된 빛이 케이스에 많이 흡수됨에 따라 엔진 케이스(180)가 쉽게 변형된다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 광 효율이 향상된 프로젝션 시스템용 라이트 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 라이트 파이프 앞쪽 부근에서 빛이 손실되는 것을 방지하여 손실된 빛에 의해 엔진 케이스가 변형되는 것을 방지할 수 있도록 해주는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 프로젝션 시스템용 라이트 엔진은 광원과 광원에서 나온 빛의 세기를 균일화하기 위한 라이트 파이프를 구비하는 조명계를 갖는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진에 있어서, 광원과 라이트 파이프 사이에 배치되고 광원에서 조사된 빛을 편광시켜 라이트 파이프로 보내는 편광유닛, 제 편광유닛의 일측에 배치되고 상기 편광유닛에서 반사되어 빠져나오는 빛을 편광유닛 쪽으로 반사하는 제 1구면경을 포함하는 구성을 가진다.
제 1구면경 반대편 편광유닛의 타측에 배치되고 편광유닛에서 반사되어 빠져나오는 빛을 편광유닛 쪽으로 반사하는 제 2구면경을 더 포함하는 것이 바람직하다.
삭제
편광유닛은 P파는 라이트 파이프 쪽으로 통과시키고 S파는 반사하는 제 1편광빔 스플리터부, 제 1편광빔 스플리터부에서 반사된 S파를 라이트 파이프 쪽으로 반사하는 제 2편광빔 스플리터부 및 제 2편광빔 스플리터부와 라이트 파이프 사이에 배치되어 S파를 P파로 바꾸어주는 하프웨이브 플레이트를 구비하는 구성을 가질 수 있다.
경우에 따라, 편광유닛은 S파는 라이트 파이프 쪽으로 통과시키고 P파는 반사하는 제 1편광빔 스플리터부, 제 1편광빔 스플리터부에서 반사된 P파를 라이트 파이프 쪽으로 반사하는 제 2편광빔 스플리터부 및 제 2편광빔 스플리터부와 라이트 파이프 사이에 배치되어 P파를 S파로 바꾸어주는 하프웨이브 플레이트를 구비하는 구성을 가질 수도 있다.
제 1편광빔 스플리터부는 롬보이드 프리즘과 롬보이드 프리즘의 일측면과 접촉되어 제 1편광빔 스플리터면을 형성하는 제 1프리즘으로 이루어지고, 제 2편광빔 스플리터부는 롬보이드 프리즘과 롬보이드 프리즘의 다른 일측면과 접촉되어 제 2편광빔 스플리터면을 형성하는 제 2프리즘으로 이루어진 구성을 가질 수 있다.
라이트 파이프 반대편 제 2편광빔 스플리터부 앞쪽에 설치되고, 제 2편광빔 스플리터부에서 반사되어 빠져나오는 빛을 제 2편광빔 스플리터부 쪽으로 반사하는 제 3구면경을 더 포함하는 구성으로 하면 더욱 바람직하다.
제 1, 제 2프리즘의 바깥쪽 한 변의 길이가 S1, 제 1, 제 2프리즘의 표면 중심에서 각 구면경의 반사면까지의 거리가 L, 공기중 및 제 1, 제 2프리즘의 굴절률이 각각 n1, n2, 상기 빛의 입사각이 θ, 굴절각이 θ′일 때 각 구면경의 곡률반경 R(θ)= L + S1 * tanθ′/tanθ 의 값을 갖는 것이 바람직하다.
삭제
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명이 적용된 라이트 엔진의 구성도이고, 도 4는 도 3 편광유닛 부근의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3과 도 4에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 프로젝션 시스템용 라이트 엔진(200)은 도 1과 도 2를 통해서 설명한 라이트 엔진에 사용되는 라이트 파이프(130), 편광유닛(120) 등과 같은 기본적인 구성요소들을 구비하고 있으며, 이들의 기본구성은 도 1과 도 2를 통해서 앞에서 설명한 바와 같다.
본 발명에 따른 프로젝션 시스템용 라이트 엔진(200)은 라이트 파이프(130) 전면에 설치되는 편광유닛(120)의 일측으로 배치되는 제 1구면경(210)을 구비하고 있다. 이 제 1구면경(210)은 제 1편광빔 스플리터부(121)에서 반사되어 제 2편광빔 스플리터부(126)를 통과하여 외부로 빠져나오는 빛을 편광유닛(120)의 제 2편광빔 스플리터부(126)로 반사하는 역할을 한다. 이 제 1구면경(210)에 의해 편광유닛(120)의 제 2편광빔 스플리터부(126)를 빠져나온 빛은 편광유닛(120) 쪽으로 되돌아가고, 케이스(180)에는 도달되지 않는다. 이에 따라 광에너지가 케이스(180)에 흡수되어 케이스(180)가 변형되는 것이 1차로 방지된다. 이러한 역할을 하는 제 1구면경(210)은 케이스(180)의 내면에 설치되며, 그 곡률반경은 마주보는 프리즘과의 거리와 빛의 입사각, 프리즘의 굴절률 등에 의해 결정되는데 이와 관련하여서는 뒤에서 도 5를 참조하여 더 자세히 설명한다. 제 1구면경(210)의 설치방식이나 편광유닛(120)과의 이격거리는 변경될 수 있음은 물론이고, 편광유닛(120)과의 이격거리에 따라 제 1구면경(210)의 곡률반경도 바뀐다.
제 1구면경(210)의 반대편에는 제 2구면경(220)이 설치되어 있다. 이 제 2구면경(220) 역시 케이스(180)의 내면 등에 제 1구면경(210)과 같은 방식으로 설치될 수 있다. 이 제 2구면경(220)은 제 1구면경(210)에서 반사된 빛이 편광유닛(120)의 제 2편광빔 스플리터부(126)와 제 1편광빔 스플리터부(121)를 거쳐 제 1구면경(210) 반대편의 케이스(180) 쪽으로 빠져나가는 빛을 반사하여 편광유닛(120) 쪽으로 되돌려놓는 역할을 한다. 이 제 2구면경(220)의 곡률반경은 도 5를 통해 설명되는 방식으로 구할 수 있다.
본 발명에 따른 프로젝션 시스템용 라이트 엔진(200)은 제 3구면경(230)을 더 구비한다. 이 제 3구면경(230)은 라이트 파이프(130) 반대편 제 2편광빔 스플리터부(126) 전면에 설치되어 제 1구면경(210)에서 반사된 빛이 제 2편광빔 스플리터면(128)에서 다시 반사되어 라이트 파이프(130) 반대편으로 빠져나가는 빛을 편광유닛(120) 쪽으로 되돌려 놓는 역할을 한다. 이 제 3구면경(230)의 곡률반경 역시 도 5를 통해 설명되는 방식으로 구해진다.
즉, 편광유닛(120)의 위, 아래 그리고 앞면 일부에 도 4에서와 같이 제 1구면경～제 3구면경(210, 220, 230)을 삽입하면 12%를 초과하는 빛이 편광유닛(120) 부근에서 편광유닛(120) 외부로 빠져나가도 엔진 케이스(180)에 빛이 집중되지 않아 엔진 케이스(180)가 타는 것이 방지되고, 이와 동시에 빛의 일부가 재활용되어 엔진의 광 효율이 높아진다. 도 3과 도 4를 참조하여 그 과정을 설명하면 다음과 같다.
삭제
삭제
삭제
빛이 이상적인 점 광원에서 출발한다면 라이트 파이프(130)에서의 빛의 진행 모습은 도 4에 나타낸 바와 같을 것이다. 광원(102)에서 제 1편광빔 스플리터면(123)에 도착한 빛 중 S파는 반사되고 P파는 통과하게 된다. 제 1편광빔 스플리터면(123)에서 반사 된 S파는 제 2편광빔 스플리터부(126)의 제 2편광빔 스플리터면(128)에서 다시 반사되어 하프웨이브 플레이트(129)를 거쳐 P파로 바뀌게 된다. 이에 따라 광원(102)을 출발한 빛의 대부분은 라이트 파이프(130) 안에서는 P파로 편광된 상태로 진행하게 된다.
한편, 제 1편광빔 스플리터면(123)에서 반사된 S파 중 일부는 제 2편광빔 스플리터면(128)에서 라이트 파이프(130) 쪽으로 반사되지 못하고 제 2편광빔 스플리터면(128)을 통과하여 제 2프리즘(127) 하부의 제 1구면경(210) 쪽으로 빠져나간다.
제 2프리즘(127)을 빠져 나온 빛은 제 1구면경(210)에서 반사되어 다시 편광유닛(120)의 제 2프리즘(127) 안으로 되돌아간다. 이 빛은 제 2편광빔 스플리터면(128)에서 일부는 통과되고, 일부는 반사된다. 통과된 빛은 다시 제 1편광빔 스플리터면(123)에서와 같은 현상이 있은 후 일부는 제 1프리즘(122) 윗면으로 빠져나가게 된다.
제 2편광빔 스플리터면(123)에서 반사되어 제 2프리즘(127)을 빠져나간 빛은 제 3구면경(230)에서 반사되어 다시 제 2프리즘(127) 속으로 들어가 라이트 파이프(130) 쪽으로 들어가게 되고, 제 1편광빔 스플리터면(123)에서 반사된 빛은 광원 쪽으로 돌아가게 된다.
제 1, 제 2편광빔 스플리터면(123, 128)을 모두 통과 한 빛은 제 1프리즘(122) 윗면에 위치한 제 2구면경(220)에 도착하게 되고 이후, 아래 제 1구면경(210)에 도착했을 때와 동일한 과정을 반복하게 된다. 이로써 엔진 케이스(180)가 제 1프리즘(122)과 제 2프리즘(127) 외부로 손실되는 빛에 의해 손상되는 일은 사라진다.
이제 제 1구면경(210) ～제 3구면경(230) 표면에서의 반사율이 100%로 가정하고 Ttotal의 값을 구해보면 아래와 같다.
삭제
삭제
Ttotal = 0.5Tp + 0.5Rp2
+ 0.5RpTp3Rp + 0.5RpTp4Rp + 0.5RpTp7Rp + …
+ 0.5RpTpRpTp + …
+ 0.5Ts + 0.5Rs2
+ 0.5RsTs3Rs + 0.5RsTs4Rs + 0.5RsTs7Rs + …
+ 0.5RsTsRsTs + …
≒ 0.875 + 0.0444 ---- (식 5)
즉, 라이트 파이프(130) 안으로 들어가는 빛이 5% 이상 증가하는 것을 기대할 수 있다.
그러나 실제 엔진의 광 효율의 계산에는 더 고려되어야 할 것이 있다. 제 1 편광빔 스플리터부(121)를 통과한 빛 중 P파 그리고 제 2편광빔 스플리터부(126)를 통과한 빛 중 S파만이 실제 마이크로디스플레이 패널(160) 위에 도착, 사용되는 빛이다. 나머지는 편광(polarizer) 과정을 거치며 제거된다. 따라서 라이트 엔진(200)의 빛 효율의 증가는 제 1편광빔 스플리터부(121)를 통과하는 P파의 증가분과 제 2편광빔 스플리터부(126)를 통과하는 S파의 증가분 만을 생각해야 한다.
제 1구면경(210) ～ 제 3구면경(230)을 사용하기 전 제 1편광빔 스플리터부(121)를 통과한 P파와 제 2편광빔스플리터부(126)를 통과한 S파의 합은,
Ttotal = 0.5Tp + 0.5Rs2 = 0.805 ---- (식 6)
이고 제 1구면경(210) ∼ 제 3구면경(230)을 사용한 후는
Ttotal = 0.5Tp
+ 0.5RpTp3Rp + 0.5RpTp7Rp + …
+ 0.5RpTpRp2Tp2Rp + 0.5RpTpRp2Tp6Rp + …
+ 0.5RpTp2RpTp + 0.5RpTp2Rp2Tp3Rp + …
+ 0.5Rs2
+ 0.5RsTs4Rs + 0.5RsTs8Rs + …
+ 0.5RsTsRsTs + …
≒ 0.805 + 0.0326 ----(식 7)가 되어 약 4% 이상의 광 효율의 증가를 보인 다.
이상에서 본 바와 같이 라이트 파이프(130) 앞쪽의 편광유닛(120)의 주변에 제 1구면경～제 3구면경(210, 220, 230)을 삽입함으로써 이 부근에서 손실되는 빛이 엔진 케이스에 흡수되어 손상되는 것을 근본적으로 막고 동시에 그 빛을 일부 재 흡수하여 라이트 엔진의 광 효율을 높일 수 있다.
도 5는 도 4 구면경의 곡률반경 값을 구하는 과정을 설명하기 위한 설명도이다.
앞에서 설명한 제 1구면경(210) ～제 3구면경(230)의 반지름의 값 R(θ)를 모이는 빛의 초점거리로 잡으면 반사한 빛이 다시 초점을 향해 되돌아가게 된다. 제 2구면경(220)의 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
삭제
롬보이드 프리즘(125) 면에 입사각 θ로 입사한 빛은 θ′의 각으로 프리즘의 길이 S1 만큼 지나 초점을 맺는다. 이는 제 2구면경(220)에서도 마찬가지이다. 굴절이 없는 경우를 가정하면 프리즘(122)의 표면에서 S2 만큼 지나 초점을 맺는다. 여기서 n1, n2를 각각 공기중과 프리즘(122, 125, 127)의 굴절률이라 가정하면 θ′는 다음 식으로 얻을 수 있다.
n1 sin θ = n2 sin θ′ ---- (식 8),
또한,
S1 tanθ′ = S2 tanθ ---- (식 9) 이므로
프리즘(122) 표면으로부터 L 만큼 떨어진 곳에 구면경(220)의 반사면을 위치시킨다면 R(θ)의 값은 다음과 같이 얻어진다.
R(θ)= L + S2
= L + S1 * tanθ′/tanθ ---- (식 10)
S1과 θ에 의해 S2 값이 정해지고 L은 설치에 용이한 값, 예를 들어 엔진 케이스 안쪽 면 부근의 구면경의 반사면까지의 거리로 잡는다면, 최적의 R(θ)값은 (식 10)으로 얻어진다.
식 10은 R 값이 입사각에 따라 달라짐을 보여준다. 따라서 엄밀히 말한다면 반사면은 비구면이 될 것이다. 그러나 입사각이 작을 경우에는
sin θ= tan θ= θ, sin θ′ = tanθ′ = θ′ ---- (식 11)가 되므로
R(θ) = L + S1 * n1/n2 ----- (식 12)로 간략히 되어 반사면을 구면으로 단순화할 수 있다.
여기서는 제 2구면경(220)의 경우를 예를 들어 설명하였지만, 다른 구면경에서도 그 곡률반경을 구하는 방식은 동일하다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 프로젝션 시스템용 라이트 엔진은 라이트 파이프 부근에서 손실되는 빛이 엔진 케이스에 흡수되어 엔진 케이스가 손상되는 것을 방지하여 줌과 아울러 손실되는 빛의 일부를 재 사용하여 라이트 엔진의 광 효율을 높일 수 있도록 해준다.

Claims (7)

  1. 광원, 상기 광원에서 나온 빛의 세기를 균일화하기 위한 라이트 파이프, 상기 광원과 라이트 파이프 사이에 배치되고 상기 광원에서 조사된 빛을 편광시켜 상기 라이트 파이프로 보내는 편광유닛 및 상기 편광유닛과 상기 라이트 파이프를 내부에 수용하여 보호하고 설치장소를 제공하는 케이스를 구비하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진에 있어서,
    상기 편광유닛은 상기 광원에서 나온 빛의 P파는 상기 라이트 파이프 쪽으로 통과시키고 S파는 반사하는 제 1편광빔 스플리터부, 상기 제 1편광빔 스플리터부에서 반사된 S파를 상기 라이트 파이프 쪽으로 반사하는 제 2편광빔 스플리터부 및 상기 제 2편광빔 스플리터부와 상기 라이트 파이프 사이에 배치되어 상기 S파를 P파로 바꾸어주는 하프웨이브 플레이트를 구비하여 구성되고,
    상기 제 1편광빔 스플리터부는 롬보이드 프리즘과 상기 롬보이드 프리즘의 일측면과 접촉되어 제 1편광빔 스플리터면을 형성하는 제 1프리즘으로 이루어지고, 상기 제 2편광빔 스플리터부는 상기 롬보이드 프리즘과 상기 롬보이드 프리즘의 다른 일측면과 접촉되어 제 2편광빔 스플리터면을 형성하는 제 2프리즘으로 이루어지고,
    상기 편광유닛의 일측에 배치되어 상기 케이스에 설치되고 상기 편광유닛에서 빠져나오는 빛을 상기 편광유닛 쪽으로 반사하는 제 1구면경을 포함하고,
    상기 제 1구면경은 상기 제 2편광빔 스플리터부에서 상기 라이트 파이프 쪽으로 반사되지 못하고 상기 제 2편광빔 스플리터부를 통과하여 상기 편광유닛에서 빠져나오는 빛의 S파를 상기 제 2편광빔 스플리터부 쪽으로 반사하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1구면경 반대편 상기 편광유닛의 타측에 배치되어 상기 케이스에 설치되고 상기 편광유닛에서 빠져나오는 빛을 상기 편광유닛 쪽으로 반사하는 제 2구면경을 더 포함하고,
    상기 제 2구면경은 상기 제 1구면경에서 반사되어 상기 제 2편광빔 스플리터부와 상기 제 1편광빔 스플리터부를 통과하여 상기 편광유닛을 빠져나오는 빛을 상기 제 1편광빔 스플리터부 쪽으로 반사하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진.
  3. 광원, 상기 광원에서 나온 빛의 세기를 균일화하기 위한 라이트 파이프, 상기 광원과 라이트 파이프 사이에 배치되고 상기 광원에서 조사된 빛을 편광시켜 상기 라이트 파이프로 보내는 편광유닛 및 상기 편광유닛과 상기 라이트 파이프를 내부에 수용하여 보호하고 설치장소를 제공하는 케이스를 구비하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진에 있어서,
    상기 편광유닛은 상기 광원에서 나온 빛의 S파는 상기 라이트 파이프 쪽으로 통과시키고 P파는 반사하는 제 1편광빔 스플리터부, 상기 제 1편광빔 스플리터부에서 반사된 P파를 상기 라이트 파이프 쪽으로 반사하는 제 2편광빔 스플리터부 및 상기 제 2편광빔 스플리터부와 상기 라이트 파이프 사이에 배치되어 상기 P파를 S파로 바꾸어주는 하프웨이브 플레이트를 구비하여 구성되고,
    상기 제 1편광빔 스플리터부는 롬보이드 프리즘과 상기 롬보이드 프리즘의 일측면과 접촉되어 제 1편광빔 스플리터면을 형성하는 제 1프리즘으로 이루어지고, 상기 제 2편광빔 스플리터부는 상기 롬보이드 프리즘과 상기 롬보이드 프리즘의 다른 일측면과 접촉되어 제 2편광빔 스플리터면을 형성하는 제 2프리즘으로 이루어지고,
    상기 편광유닛의 일측에 배치되어 상기 케이스에 설치되고 상기 편광유닛에서 빠져나오는 빛을 상기 편광유닛 쪽으로 반사하는 제 1구면경을 포함하고,
    상기 제 1구면경은 상기 제 2편광빔 스플리터부에서 상기 라이트 파이프 쪽으로 반사되지 못하고 상기 제 2편광빔 스플리터부를 통과하여 상기 편광유닛을 빠져나오는 빛의 P파를 상기 제 2편광빔 스플리터부 쪽으로 반사하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1구면경 반대편 상기 편광유닛의 타측에 배치되어 상기 케이스에 설치되고 상기 편광유닛에서 빠져나오는 빛을 상기 편광유닛 쪽으로 반사하는 제 2구면경을 더 포함하고,
    상기 제 2구면경은 상기 제 1구면경에서 반사되어 상기 제 2편광빔 스플리터부와 상기 제 1편광빔 스플리터부를 통과하여 상기 편광유닛을 빠져나오는 빛을 상기 제 1편광빔 스플리터부 쪽으로 반사하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진.
  5. 삭제
  6. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 라이트 파이프 반대편 상기 제 2편광빔 스플리터부 앞쪽에 설치되고, 상기 제 2편광빔 스플리터부에서 반사되어 빠져나오는 빛을 상기 제 2편광빔 스플리터부 쪽으로 반사하는 제 3구면경을 더 포함하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진.
  7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제 1, 제 2프리즘의 바깥쪽 한 변의 길이가 S1, 상기 제 1, 제 2프리즘의 표면 중심에서 각 구면경의 반사면까지의 거리가 L, 공기중 및 제 1, 제 2프리즘의 굴절률이 각각 n1, n2, 상기 빛의 입사각이 θ, 굴절각이 θ′일 때 상기 각 구면경의 곡률반경 R(θ)= L + S1 * tanθ′/tanθ의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템용 라이트 엔진.
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