KR100694068B1 - 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치 - Google Patents

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Abstract

소형 광원에서 조사된 광을 합성하는 프리즘의 구조가 개선된 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치가 개시되어 있다.
이 개시된 조명유니트는 서로 다른 파장영역의 제1 내지 제4광을 각각 조사하는 제1 내지 제4광원유니트와; 제1 내지 제4광원유니트에서 조명된 제1 내지 제4광 각각이 동일 경로로 진행하도록 입사광을 합성하도록 육면체 형상으로 된 것으로, 제1 내지 제4입사면과, 제1 내지 제4광이 출사되는 일 출사면과, 제1입사면을 통하여 입사된 제1광은 출사면 쪽으로 반사시키고 제2 내지 제4광은 투과시키는 제1이색미러와, 제2입사면을 통하여 입사된 제2광은 출사면 쪽으로 반사시키고, 제1, 제3 및 제4광은 투과시키는 제2이색미러와, 제4입사면을 통하여 입사된 제4광은 출사면 쪽으로 반사시키고 제1 내지 제3광은 투과시키는 제3이색미러를 포함하는 색합성 프리즘;을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 개시된 화상투사장치는 상기한 구조의 조명유니트와; 조명유니트 쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자와; 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치{Illuminating unit and projection type image display apparatus employing the same}
도 1은 종래 조명유니트의 광학적 배치를 보인 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.
도 3은 도 2의 색분리 프리즘의 분리 사시도.
도 4는 도 2의 정면도.
도 5는 도 2의 우측면도.
도 6 및 도 7 각각은 도 2의 광원유니트를 보인 사시도 및 측면도.
도 8 내지 도 10 각각은 제1 내지 제3이색미러의 파장 변화에 따른 반사율 특성을 보인 그래프
도 11은 도 2의 조명 유니트에 의하여 합성된 광의 칼라 표현 범위를 보인 그래프.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 조명유니트의 광학적 배치를 보인 개략적인 사시도.
도 14는 본 발명의 제1실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.
도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100, 100', 500, 600, 700...광원유니트
110...제1광원유니트 120...제2광원유니트
130...제3광원유니트 140...제4광원유니트
150...제5광원유니트 200, 200'...색합성 프리즘
210...제1입사면 220...제2입사면
230...제3입사면 240...제4입사면
250...제5입사면 260...출사면
271...제1이색미러 273...제2이색미러
275...제3이색미러 277...제4이색미러
520, 620, 720...광인터그레이터 540...빔스프리터
550, 650, 740...화상형성소자 560, 660, 760...투사렌즈유니트
570, 670, 770...스크린
본 발명은 광을 조명하는 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것으로서, 상세하게는 소형 광원에서 조사된 광을 합성하는 프리즘의 구조가 개선된 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 조명유니트는 일방향으로 광을 조사하는 광원과, 이 광원에서 조사된 빔을 전달하는 조명광학계로 구성되는 것으로, 자체적으로 발광 능력이 없는 액정표시소자 또는 디지털 마이크로미러 소자 등의 화상형성소자를 이용하여 화상을 구현하는 화상투사장치 등에 널리 채용된다.
최근 들어, LED(Light-emitting Diode), 레이저 다이오드 등의 소형 발광소자를 광원으로 채용한 조명유니트 및 화상투사장치가 개발되고 있다.
여기서, 소형 발광소자는 적, 청, 녹색의 파장의 광을 각각 조명할 수 있으므로, 1 패널 방식의 칼라 화상투사장치에 채용시 칼라 화상 구현을 위한 별도의 칼라휠 구조가 불필요하다는 이점이 있다. 한편, 각 색상의 광을 조명하기 위해서는 복수의 소형 발광소자가 구비될 것과, 각 색상의 광을 합성하기 위한 구성이 요구된다.
도 1을 참조하면, 종래의 조명유니트는 적, 청, 녹색 파장의 광을 각각 조명하는 것으로 서로 다른 위치에 배치된 제1 내지 제3 LED 광원(11)(12)(13)과, 이 제1 내지 제3 LED 광원(11)(12)(13)에서 조사된 광이 동일 경로로 진행하도록 하는 트리크로익 프리즘(20)을 포함한다.
상기 트리크로익 프리즘(20)은 상호 접합된 3매의 제1 내지 제3프리즘 (P1)(P2)(P3)과, 제1프리즘(P1)과 제2프리즘(P2 ) 사이에 마련된 제1칼라필터(21)와, 제2프리즘(P2)과 제3프리즘(P3) 사이에 마련된 제2칼라필터(25)를 구비한다. 상기 제1 및 제2칼라필터(21)(25)는 입사광을 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킨다. 예를 들어, 상기 제1칼라필터(21)는 적색 파장인 제1광(R)은 반사시키고, 녹색 파장인 제2광(G)과 청색 파장인 제3광(B)은 투과시킨다. 그리고, 제2칼라필터(25)는 제3광(B)은 반사시키고, 제1 및 제2광(R)(G)은 투과시킨다.
따라서, 상기 제1프리즘(P1)으로 입사된 제1광(R)은 제1프리즘(P1)의 출사면(20a)에서 임계각 전반사원리에 의하여 전반사되어 상기 제1칼라필터(21)로 입사된다. 이 제1광(R)은 상기 제1칼라필터(21)에서 반사된 후, 상기 제1프리즘(P1)의 출사면(20a)을 투과하여 진행한다. 그리고, 제2광(G)은 상기 제2 및 제1칼라필터(25)(21)를 순차로 투과하여, 상기 제1광(R)과 동일한 경로로 진행한다. 마지막으로, 제3광(B)은 상기 제3프리즘(P3)의 상기 제1프리즘(P1)과 마주하는 일면(20b)에서 임계각 전반사원리에 의하여 전반사되어 상기 제2칼라필터(25) 방향으로 향하고, 제2칼라필터(25)에서 반사된 후, 상기 제1 및 제3프리즘(P1)(P3)을 투과하여 제1 및 제2광(R)(G)과 동일한 경로로 진행한다. 그러므로, 서로 다른 위치에 놓인 제1 내지 제3LED광원(11)(12)(13)에서 조명된 제1 내지 제3광(R)(G)(B)이 합성되어, 동일한 진행 경로로 진행되도록 한다.
한편, 상기한 조명유니트는 제3광(B)이 제3프리즘(P3)의 일면(20b)에서 전반 사되도록 하기 위하여, 제1프리즘(P1)과 제3프리즘(P3)의 광학적 배치시 에어 갭(Gair)이 형성되도록 소정 간격 이격되어야 한다. 즉, 임계각 전반사원리를 이용하고자 하는 경우, 제3프리즘(P3)의 일면(20b)과 제3광(B) 사이에 이루는 각도 뿐만 아니라, 제3프리즘(P3)의 굴절률과 그 주변의 굴절률 차이를 가져야 하기 때문이다.
따라서, 상기한 트리크로익 프리즘(20)을 이용하여 다수의 광원에서 조명된 광을 합성하고자 하는 경우, 트리크로익 프리즘(20)의 광학적 배치가 어렵다는 단점이 있다.
또한, 트리크로익 프리즘(20)을 이용하여 광을 합성하는 경우, 그 광학적 배치의 한계 상 서로 다른 파장의 광 즉, 적, 청, 녹색의 광을 각각 조명하는 제1 내지 제3광원 이외에, 별도의 광원 예컨대, 노란색, 마젠타, 시안 등의 광을 조명하는 광원을 더 구비하기가 곤란하다는 문제점이 있다. 따라서, 구현 가능한 색 범위가 제한된다는 단점이 있다.
그러므로, 상기한 조명유니트를 채용한 화상투사장치는 3색의 조합에 의하여 화상을 구현하므로, 표현 가능한 색 범위가 4색 광원을 이용하는 경우 제한되는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 색 표현 범위가 확장될 수 있도록 색합성 프리즘의 구조가 개선된 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명유니트는, 제1 내지 제4파장영역의 광을 각각 조사하는 제1 내지 제4광원유니트와; 상기 제1 내지 제4광원유니트에서 조명된 제1 내지 제4파장영역의 광 각각이 동일 경로로 진행하도록 입사광을 합성하는 육면체 형상의 색합성 프리즘;을 포함하며, 상기 색합성 프리즘은,
상기 제1 및 제2파장영역의 광이 각각 입사되는 부분으로, 상호 마주하게 위치되는 제1 및 제2입사면과; 상기 제3파장영역의 광이 입사되는 부분으로, 상기 제1 및 제2입사면과 인접되게 배치되는 제3입사면과; 상기 제4파장영역의 광이 입사되는 부분으로, 상기 제1 내지 제3입사면과 인접되게 배치되는 제4입사면과; 상기 제1, 제2 및 제4입사면과 인접되며 상기 제3입사면과 마주하는 면으로, 상기 제1 내지 제4파장영역의 광이 출사되는 일 출사면과; 상기 제1입사면을 통하여 입사된 제1파장영역의 광은 상기 출사면 쪽으로 반사시키고 다른 파장영역의 광은 투과시키는 제1이색미러와; 상기 제2입사면을 통하여 입사된 제2파장영역의 광은 상기 출사면 쪽으로 반사시키고 다른 파장영역의 광은 투과시키는 제2이색미러와; 상기 제4입사면을 통하여 입사된 제4파장영역의 광은 상기 출사면 쪽으로 반사시키고 다른 파장영역의 광은 투과시키는 제3이색미러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 화상투사장치는, 상기한 구조의 조명유니트와; 상기 조명유니트로부터 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자와; 상기 화상형성소자에서 형성된 화 상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트는 각각 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 광원유니트(100)와, 상기 광원유니트(100)에서 조명된 광 각각이 동일 경로로 진행하도록 입사광을 합성하는 색합성 프리즘(200)을 포함한다.
상기 광원유니트(100)는 배치 위치 및 조사하는 광 파장 차이에 따라 제1 내지 제4광원유니트(110)(120)(130)(140)로 구분된다. 이 제1 내지 제4광원유니트(110)(120)(130)(140)는 서로 다른 파장의 제1 내지 제4광(L1)(L2)(L3)(L 4) 예컨대, 청, 적, 녹, 청록색 파장의 광을 각각 조사한다.
상기 색합성 프리즘(200)은 상기 제1 내지 제4광(L1)(L2)(L3)(L4 ) 각각이 동일 경로로 진행하도록 입사광을 합성하는 것으로, 육면체 형상 예컨대 정육면체 형상의 외형을 가진다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 8개의 프리즘 조각의 조합으로 구성되어 후술하는 제1 내지 제3이색미러를 내부에 형성할 수 있도록 되어 있다.
이 색합성 프리즘(200)은 그 외형을 이루는 여섯 면 중 네 면이 제1 내지 제4입사면(210)(220)(230)(240)으로 각각 이용되고, 일 면이 합성된 광의 출사면(260)으로 이용된다. 그리고, 상기 색합성 프리즘(200)은 제1 내지 제4입사면 (210)(220)(230)(240)을 통하여 입사된 상기 제1 내지 제4광(L1)(L2)(L3 )(L4)이 상기 출사면(260)을 통하여 출사되도록 하기 위하여, 내부에 제1 내지 제3이색미러(271)(273)(275)가 형성된다.
도 2를 참조하면, 상기 제1입사면(210)은 색합성 프리즘(200)의 우측면으로서, 상기 제1광(L1)이 입사되는 부분이다. 상기 제2입사면(220)은 상기 제1입사면(210)에 대해 이격된 상태로 마주하게 배치되는 면 즉, 색합성 프리즘(200)의 좌측면으로서, 상기 제2광(L2)이 입사되는 부분이다. 상기 제3입사면(230)은 상기 제1 및 제2입사면(210)(220)과 인접되게 배치되는 면 즉, 색합성 프리즘(200)의 저면으로서, 상기 제3광(L3)이 입사되는 부분이다. 상기 제4입사면(240)은 상기 제1 내지 제3입사면(210)(220)(230)과 인접되게 배치되는 면 즉, 색합성 프리즘(200)의 정면으로서, 상기 제4광(L4)이 입사되는 부분이다.
상기 출사면(260)은 상기 제1, 제2 및 제4입사면(210)(220)(240)과 인접되며 상기 제3입사면(230)과 마주하는 면 즉, 도 2의 색합성 프리즘(200)의 상부면으로서, 상기 제1 내지 제4광(L1)(L2)(L3)(L4)이 출사되는 부분이다.
상기 제1이색미러(271)는 상기 제1입사면(210)을 통하여 입사된 제1광(L1)은 상기 출사면(260) 쪽으로 반사시키고, 제2 내지 제4광(L2)(L3)(L4)은 투과시켜 상기 출사면(260) 쪽으로 향하도록 한다. 이를 위하여, 상기 제1이색미러(271)는 제1광 (L1)을 반사시키는 면이 상기 제1입사면(210) 및 상기 출사면(260)에 대해 경사지게 마주하는 위치의 상기 육면체의 대각방향 절단면 상에 배치된다. 도 6을 참조하면, 제1이색미러(271)는 청색 파장과 청록색 파장 사이의 소정 파장을 기준으로 긴 파장영역의 광은 투과시키고, 짧은 파장영역의 광은 반사시키도록 칼라 코팅되어 있다. 따라서, 대략 460nm 파장의 청색광인 제1광(L1)은 반사시키고, 이보다 긴 파장을 가지는 적색, 녹색, 청록색 파장의 제2 내지 제4광(L2)(L3)(L4) 각각은 투과시킨다.
상기 제2이색미러(273)는 상기 제2입사면(220)을 통하여 입사된 제2광(L2)은 상기 출사면(260) 쪽으로 반사시키고, 제1광, 제3광 및 제4광(L1)(L3)(L4 )은 투과시켜 상기 출사면(260) 쪽으로 향하도록 칼라 코팅 형성된다. 이를 위하여, 상기 제2이색미러(273)는 제2광(L2)을 반사시키는 면이 상기 제2입사면(220) 및 상기 출사면(260)에 대해 경사지게 마주하는 위치의 상기 육면체의 대각방향 절단면 상에 배치된다. 도 7을참조하면, 제2이색미러(273)는 녹색 파장과 적색 파장 사이의 소정 파장을 기준으로 긴 파장영역의 광은 반사시키고, 짧은 파장영역의 광은 투과시킨다. 따라서, 대략 630 nm 파장의 적색광인 제2광(L2)은 반사시키고, 이보다 짧은 파장을 가지는 청색, 녹색, 청록색 파장의 제1, 제3 및 제4광(L1)(L3)(L4) 각각은 투과시킨다.
상기 제3이색미러(275)는 상기 제4입사면(240)을 통하여 입사된 제4광(L4)은 상기 출사면(260) 쪽으로 반사시키고, 제1 내지 제3광(L1)(L2)(L3)은 투과시켜 상기 출사면(260) 쪽으로 향하도록 칼라 코팅 형성된다. 이를 위하여, 상기 제3이색미러(275)는 제4광(L4)을 반사시키는 면이 상기 제4입사면(240) 및 상기 출사면(260)에 대해 경사지게 마주하는 위치의 상기 육면체의 대각방향 절단면 상에 배치된다. 도 8을 참조하면, 제3이색미러(275)는 청색 파장과 녹색 파장 사이의 소정 파장의 광은 반사시키고, 이보다 짧거나 긴 파장영역의 광은 투과시킨다. 즉, 대략 500nm 파장의 청록색 광인 제4광(L4)은 반사시키고, 그 이외의 광인 청색, 적색, 녹색 파장의 제1 내지 제3광(L1)(L2)(L3) 각각은 투과시킨다.
상기 제1 내지 제4광원유니트(110)(120)(130)(140) 각각은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 광모듈(150)로 구성된다.
도면들을 참조하면, 상기 광모듈(150)은 반사면을 가지는 콜리메이터(160)와, 소정 파장의 광을 조사하는 광원(170)을 구비한다. 상기 콜리메이터(160)는 포물면 형상의 제1반사면(161)과, 사각형상의 단면을 가지는 글래스로드(glass rod)(165)를 포함한다. 광원(170)은 적어도 하나의 발광다이오드(LED), 레이저 다이오드 등으로 구성되는 소형 광원으로, 그 발광부분이 상기 제1반사면(161)의 초점(F) 및 그 주변에 위치된다. 상기 제1반사면(161)은 상기 글래스로드(165)의 일부를 포물면 형태로 가공하고, 그 외면에 반사코팅을 함에 의하여 형성된다. 또한, 상기 콜리메이터(160)는 상기 제1반사면(161)과 대면되는 위치의 상기 광원(170)에서 직접 조사된 광이 통과하는 영역(G)을 제외한 영역에 반사 코팅에 의하여 형성된 제2반사면(163)을 더 구비할 수 있다.
따라서, 상기 광원(170)에서 조사된 광 중 소정 방사각 범위 내의 광은 상기 제1반사면(161)에서 반사 된 후 평행광이 된다. 이 평행광은 글래스로드(165) 내부를 통과한 후 출광면(167)을 통하여 진행한다. 한편, 상기 광원(170)의 발광부분은 하나의 점을 이루는 것이 아니라 소정 면적을 가지므로, 이 발광부분 전체가 상기 제1반사면(161)의 초점 위치(F)에 배치될 수는 없다. 따라서, 상기 광원(170)에서 조사되고 상기 제1반사면(161)에서 반사된 광의 일부는 상기 제2반사면(163)으로 진행된다. 이때, 상기 제2반사면(163)은 입사된 광을 반사시켜 출광면(167) 쪽으로 향하도록 한다. 본 실시예에 따른 광모듈(150)은 광원(170)에서 조명된 광을 렌즈 대신 제1반사면(161)을 이용하여 콜리메이팅 시킴으로써, 렌즈를 사용시 야기되는 에텐듀(etendue) 등의 원리적 제약에 따른 효율이 저하되는 등의 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
상기한 실시예에 있어서, 글래스로드(165)를 이용한 콜리메이터(160)에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 글래스로드(165) 대신 속이 빈 광터널(미도시)의 일측에 포물 반사면을 형성하고, 그 내부를 반사 처리함으로써 반사면을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 조명유니트는 상기 제1 내지 제4광원유니트(110)(120)(130)(140)를 구성함에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 광모 듈(150)을 구비하고, 이들을 어레이 형태로 배열할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제4광원유니트(110)(120)(130)(140) 각각을 이루는 어레이 형태의 광모듈은 청, 적, 녹, 청록색 파장의 광을 조명한다. 따라서, 제1 내지 제4광원유니트(110)(120)(130)(140)를 동시 또는 순차로 구동하여 광을 조사함에 의하여, 청, 적, 녹, 청록색 파장의 광을 조사함과 아울러, 이들의 조합으로 이루어진 풀 칼라의 광을 조명할 수 있다. 따라서, 후술하는 화상투사장치에 적용시, 칼라 구현을 위한 칼라 휠(color wheel)장치 없이도, 칼라 광을 조명할 수 있다.
상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트는 색합성 프리즘의 구조를 변경하여 제1 내지 제3이색미러(271)(273)(275)를 내부에 마련함으로써, 서로 다른 파장영역의 제1 내지 제4광(L1)(L2)(L3)(L4 )을 조명하는 제1 내지 제4광원유니트(110)(120)(130)(140)를 채용할 수 있어서, 색 표현 범위를 넓힐 수 있다.
아울러, 본 실시예에 있어서 제1 내지 제4광(L1)(L2)(L3)(L4 ) 각각이 적, 청, 녹, 청록색의 광을 조명하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 내지 제3이색미러(271)(273)(275)의 배치를 변경함에 의하여 다양한 변형 실시가 가능하다.
도 11은 도 2의 조명 유니트에 의하여 합성된 광의 칼라 표현 범위를 보인 그래프이다. 도면을 참조하여 살펴보면, 비교예는 적, 청, 녹색 파장의 3색광을 이용한 것이고, 실시예는 적, 청, 녹, 청록 파장의 4색광을 이용한 것으로서, 이들을 서로 비교하여 보면, 실시예에 따른 조명 유니트의 칼라 표현 범위가 비교예에 비하여 넓어짐을 알 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 조명유니트는 각각 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 광원유니트(100')와, 상기 광원유니트(100')에서 조명된 광 각각이 동일 경로로 진행하도록 입사광을 합성하는 색합성 프리즘(200')을 포함한다.
본 실시예는 제1실시예와 비교하여 볼 때, 상기 광원유니트(100')가 제5광(L5)을 조사하는 제5광원유니트(170)를 더 포함하고, 상기 색합성 프리즘(200')이 제5광(L5)이 입사되는 제5입사면(250)과, 제4이색미러(277)를 더 포함하여 색 표현 범위를 보다 넓힌 점에 특징이 있다.
상기 제5광원유니트(170)에서 조명되는 제5광(L5)은 상기 제1 내지 제4광(L1)(L2)(L3)(L4)과 다른 파장영역의 광이다. 이 제5광(L 5)의 예로는 마젠타 광을 들 수 있다. 상기 제5입사면(250)은 상기 제5광(L5)이 입사되는 부분으로, 상기 제1 내지 제3입사면(210)(220)(230) 및 상기 출사면(260)과 인접되며 상기 제4입사면(240)과 마주한다. 상기 제4이색미러(277)는 상기 제5입사면(250)을 통하여 입사된 제5광(L5)은 상기 출사면(260) 쪽으로 반사시키고, 제1 내지 제4광(L1)(L2 )(L3)(L4)은 투과시키도록 칼라 코팅되어 있다. 이와 같이, 서로 다른 파장 영역의 제1 내지 제5광(L1)(L2)(L3)(L4)(L5)에 대해 색을 합성하여 조명함으로써, 색 표현 범위를 더 욱 넓힐 수 있다.
아울러, 본 실시예에 있어서 제1 내지 제5광(L1)(L2)(L3)(L4 )(L5) 각각이 적, 청, 녹, 청록, 마젠타의 광을 조명하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 내지 제4이색미러(271)(273)(275)(277)의 배치를 변경함에 의하여 다양한 변형 실시가 가능하다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 화상투사장치는 조명유니트(500)와, 이 조명유니트(500) 쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자(550)와, 상기 화상형성소자(550)에서 형성된 화상을 스크린(570)에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트(560)를 포함한다.
상기 조명유니트(500)는 복수의 광원유니트와, 이 광원유니트에서 조사된 복수의 광을 합성하는 합성프리즘을 포함하여, 서로 다른 위치에 배치된 광원유니트에서 조사된 광을 합성하여 조명하는 것으로, 도 2 내지 도 12를 참조하여 설명된 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 조명유니트의 구성과 실질상 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 조명유니트(500)를 구성하는 복수의 광원유니트는 순차적으로 온/오프 구동되면서, 적, 청, 녹, 청록 파장의 4색광 또는 적, 청, 녹, 청록, 마젠타의 5색광을 순차적으로 조사한다. 따라서, 1패널 구조의 화상형성소자를 이용한 화상투사장치를 구성함에 있어서, 칼라 화상 구현에 이용되는 칼라휠(미도시) 등의 구성을 상기 조명유니트(500)가 대체할 수 있다.
상기 화상형성소자(550)는 입사된 균일한 조명광을 화소단위로 선택적으로 반사시켜 화상을 형성한다. 이 화상형성소자(550)는 반사형 액정표시소자, 투과형 액정표시소자 또는 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스) 등으로 구성된다. 여기서, 반사형 또는 투과형 액정표시소자는 입사광의 편광특성을 이용하여 화상을 구현하는 반면, DMD의 경우는 편광특성을 이용하지 않는다. 그러므로, 화상형성소자(550)로서 DMD를 채용한 경우는 별도의 편광변환소자 내지 폴라라이저의 채용이 불필요하다.
한편, 본 실시예는 DMD를 화상형성소자(550)로서 채용한 것을 예로 들어 나타낸 것이다. 상기 DMD는 독립적으로 구동되는 2차원 배열 구조의 마이크로미러 어레이를 포함하는 것으로, 입력된 화상신호에 따라 각 화소별 반사광의 각도를 독립적으로 설정함에 의하여 화상을 형성한다. 이 경우, 입사광의 진행 경로를 변환하기 위한 수단으로서, 상기 조명유니트(500), 상기 화상형성소자(550) 및 상기 투사렌즈유니트(560) 사이에 배치되는 빔스프리터(540)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 빔스프리터(540)는 상기 조명유니트(500) 쪽에서 입사된 빔은 상기 화상형성소자(550) 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자(550) 쪽에서 입사된 빔은 스크린(570) 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환한다. 이 빔스프리터(540)는 임계각 전반사 특성을 이용하여 빔의 경로를 변환하는 구조의 임계각 프리즘인 것이 바람직하다.
상기 투사렌즈유니트(560)는 상기 빔스프리터(540)에 마주하게 배치되어, 상기 화상형성소자(550)에서 형성되고, 상기 빔스프리터(540)를 경유하여 입사된 화상을 확대하여 스크린(570) 쪽으로 투사시킨다.
또한, 본 실시예에 따른 화상투사장치는 조명유니트(500)와 상기 빔스프리터(540) 사이에 배치되어, 상기 조명유니트(500)로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인터그레이터(520)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광인터그레이터(520)는 내부에 입사된 광을 전반사시키면서 전달하는 직육면체 구조의 글래스 로드로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 광원유니트(500)와 상기 글래스 로드 사이에는 입사광을 집속시키는 콘덴싱렌즈 유니트(510)이 더 구비된 것이 바람직하다. 이 콘덴싱렌즈 유니트(510)는 1매 이상의 렌즈로 구성되는 것으로, 입사된 평행광을 집속시켜 상기 글래스 로드에 입사되도록 한다.
또한, 본 실시예에 따른 화상투사장치는 상기 글래스 로드와 상기 빔스프리터(540) 사이에 배치되는 릴레이렌즈 유니트(530)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 릴레이렌즈 유니트(530)는 상기 글래스 로드에서 출력된 균일광을 결상위치인 DMD로 릴레이하는 1매 이상의 렌즈로 구성된다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 화상투사장치는 조명유니트(600)와, 이 조명유니트(600) 쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자(650)와, 상기 화상형성소자(650)에서 형성된 화상을 스크린(670)에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트(660)를 포함한다.
상기 조명유니트(600)는 도 2 내지 도 12를 참조하여 설명된 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 조명유니트의 구성과 실질상 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 화상형성소자(650)는 입사된 균일한 조명광을 화소단위로 선택적으로 반사시켜 화상을 형성한다. 본 실시예는 입사광의 편광특성을 이용하여 화상을 구현하는 반사형 액정표시소자를 화상형성소자(650)로서 채용한 것을 예로 들어 나타낸 것이다.
이 경우, 입사광의 진행 경로를 변환하기 위한 수단으로서, 상기 조명유니트(600), 상기 화상형성소자(650) 및 상기 투사렌즈유니트(660) 사이에 배치되는 편광빔스프리터(640)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 편광빔스프리터(640)는 상기 조명유니트(600) 쪽에서 입사된 빔은 상기 화상형성소자(650) 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자(650) 쪽에서 입사된 빔은 스크린(670) 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환한다. 이를 위하여, 상기 조명유니트(600)와 상기 편광빔스프리터(640) 사이에 배치되어, 입사광의 편광방향을 변환하여 특정 편광의 광이 상기 편광빔스프리터(640) 방향으로 향하도록 하는 편광변환소자(630)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 편광변환소자(630)는 복수의 소형 편광빔스프리터와, 1/4파장판을 포함하여 구성되는 것으로, 입사된 무편광의 광 대부분을 특정 편광의 광으로 바꾸어준다. 이 편광변환소자(630) 자체의 구성은 잘 알려져 있으므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 실시예에 따른 화상투사장치는 상기 조명유니트(600)로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인터그레이터(620)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광인터그레이터(620)는 서로 이웃되게 배열된 볼록 형상 또는 실린드리컬 형상의 복수의 렌즈셀을 각각 포함하는 적어도 1매의 렌즈를 포함하는 플라이-아이 렌즈 어레이로 구성될 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 화상투사장치는 조명유니트(700)와, 이 조명유니트(700) 쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자(740)와, 상기 화상형성소자(740)에서 형성된 화상을 스크린(770)에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트(760)를 포함한다.
상기 조명유니트(700)는 도 2 내지 도 12를 참조하여 설명된 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 조명유니트의 구성과 실질상 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 화상형성소자(740)는 입사된 균일한 조명광을 화소단위로 선택적으로 투과시켜 화상을 형성한다. 본 실시예는 입사광의 편광특성을 이용하여 화상을 구현하는 투과형 액정표시소자를 화상형성소자(740)로서 채용한 것을 예로 들어 나타낸 것이다. 이 경우, 입사광의 진행 경로를 변환하기 위한 수단이 불필요하므로, 앞서 설명된 제1 및 제2실시예에 따른 화상투사장치와는 달리 빔스프리터가 불필요하다는 이점이 있다.
한편, 상기한 투과형 액정표시소자는 편광특성을 이용하여 화상을 형성하므로, 이를 위하여 상기 조명유니트(700)와 상기 화상형성소자(740) 사이에 편광변환소자(730)를 더 구비한 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에 따른 화상투사장치는 상기 조명유니트(700)로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인터그레이터(720)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광인터그레이터(720)는 서로 이웃되게 배열된 볼록 형상 또는 실린드리컬 형상의 복수의 렌즈셀을 각각 포함하는 적어도 1매의 렌즈를 포함하는 플라이-아이 렌즈어레이로 구성될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 조명유니트는 육면체 형상의 색합성 프리즘을 이용하여 4색광 또는 5색광을 합성하여 단일 경로로 조명함으로써, 종래의 트리크로익 프리즘 구조에 비하여 광학적 배치가 용이하고, 색 표현 범위를 넓힐 수 있어서 다양한 칼라의 광을 조명할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 광원유니트를 구성함에 있어서, 렌즈 대신 반사면을 이용하여 콜리메이팅 시킴으로써, 렌즈를 사용시 야기되는 에텐듀(etendue) 등의 원리적 제약에 따른 효율이 저하되는 등의 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화상투사장치는 상기한 조명유니트를 채용함으로써, 그 구성을 콤팩트화 할 수 있고, 서로 다른 파장의 광을 조명하는 제1 내지 제4광원유니트 또는 제1 내지 제5광원유니트를 이용하여 칼라 광을 조명함으로써, 별도의 칼라휠 장치 없이도, 칼라 화상을 구현할 수 있다는 이점이 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (17)

  1. 서로 다른 파장영역의 제1 내지 제4광을 각각 조사하는 제1 내지 제4광원유니트와;
    상기 제1 내지 제4광원유니트에서 조명된 제1 내지 제4광 각각이 동일 경로로 진행하도록 입사광을 합성하는 육면체 형상의 색합성 프리즘;을 포함하며,
    상기 색합성 프리즘은,
    상기 제1 및 제2광이 각각 입사되는 부분으로, 상호 마주하게 위치되는 제1 및 제2입사면과;
    상기 제3광이 입사되는 부분으로, 상기 제1 및 제2입사면과 인접되게 배치되는 제3입사면과;
    상기 제4광이 입사되는 부분으로, 상기 제1 내지 제3입사면과 인접되게 배치되는 제4입사면과;
    상기 제1, 제2 및 제4입사면과 인접되며 상기 제3입사면과 마주하는 면으로, 상기 제1 내지 제4광이 출사되는 일 출사면과;
    상기 제1입사면을 통하여 입사된 제1광은 상기 출사면 쪽으로 반사시키고, 제2 내지 제4광은 투과시키는 제1이색미러와;
    상기 제2입사면을 통하여 입사된 제2광은 상기 출사면 쪽으로 반사시키고, 제1, 제3 및 제4광은 투과시키는 제2이색미러와;
    상기 제4입사면을 통하여 입사된 제4광은 상기 출사면 쪽으로 반사시키고, 제1 내지 제3광은 투과시키는 제3이색미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3이색미러 각각은,
    상기 제1, 제2 및 제4광을 각각 반사시키는 반사면이 상기 출사면에 대해 경사지게 마주하는 위치의 상기 육면체의 대각방향 절단면 상에 배치된 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4광원유니트 각각은,
    반사면을 가지는 콜리메이터와, 상기 반사면 내에 위치되며 소정 파장의 광을 조사하는 광원을 구비하여 평행광을 조명하는 광모듈;을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원은,
    하나 또는 복수개가 어레이를 이루는 LED 광원 또는 레이저 다이오드로 이루어진 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1광은 청색 광이고,
    상기 제1이색미러는 상기 청색 광을 반사시킬 수 있도록 칼라 코팅된 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2광은 적색 광이고,
    상기 제2이색미러는 상기 적색 광을 반사시킬 수 있도록 칼라 코팅된 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제4광은 청록색 광이고,
    상기 제3이색미러는 상기 청록색 광을 반사시킬 수 있도록 칼라 코팅된 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 내지 제4광과 다른 파장영역의 제5광을 조명하는 제5광원유니트를 더 포함하며,
    상기 색합성 프리즘은,
    상기 제5광이 입사되는 부분으로, 상기 제1 내지 제3입사면 및 상기 출사면과 인접되며 상기 제4입사면과 마주하는 제5입사면과; 상기 제5입사면을 통하여 입사된 제5광은 상기 출사면 쪽으로 반사시키고, 제1 내지 제4광은 투과시키는 제4이색미러;를 더 구비하고, 상기 제1 내지 제3이색미러는 상기 제5광을 투과시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제5광은 마젠타 광이고,
    상기 제4이색미러는 상기 마젠타 광을 반사시킬 수 있도록 칼라 코팅된 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 조명유니트와;
    상기 조명유니트 쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자와;
    상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조명유니트와 상기 화상형성소자 사이에 배치되어, 상기 조명유니트로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인터그레이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광인터그레이터는,
    내부에 입사된 광을 전반사시키면서 전달하는 직육면체 구조의 글래스 로드 인 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광인터그레이터는,
    서로 이웃되게 배열된 볼록 형상 또는 실린드리컬 형상의 복수의 렌즈셀을 각각 포함하는 적어도 1매의 렌즈를 포함하는 플라이-아이 렌즈어레이인 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 화상형성소자는 상기 광인터그레이터에서 출사된 균일광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 반사형 화상형성소자이고,
    상기 조명유니트와 상기 화상형성소자 사이에 배치되어, 상기 조명유니트에서 입사된 광은 상기 화상형성소자 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자 쪽에서 반사된 광은 스크린 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환하는 빔스프리터;를 더 구비한 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반사형 화상형성소자는 디지털 마이크로미러 소자이고,
    상기 빔스프리터는 상기 광인터그레이터 쪽에서 입사된 광은 상기 디지털 마이크로미러 소자방향으로 전반사시키고, 상기 디지털 마이크로미러 소자방향에서 입사된 광은 투과시키는 내부전반사미러인 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 조명유니트와 상기 빔스프리터 사이에 배치되어, 입사광의 편광방향을 변환하여 특정 편광의 광이 상기 빔스프리터 방향으로 향하도록 하는 편광변환소자를 더 구비하고,
    상기 반사형 화상형성소자는 반사형 액정표시소자이고,
    상기 빔스프리터는 입사광을 편광 방향에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터인 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 조명유니트와 상기 화상형성소자 사이에 배치되어, 입사광의 편광방향을 변환하여 특정 편광의 광이 상기 화상형성소자 방향으로 향하도록 하는 편광변환소자를 더 구비하고,
    상기 화상형성소자는,
    상기 광인터그레이터에서 출사된 균일한 일 편광의 광을 선택적으로 투과시켜 화상을 형성하는 투과형 액정표시소자인 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
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