KR100694072B1

KR100694072B1 - 레이저 반점을 제거한 조명계 및 이를 채용한 프로젝션시스템

Info

Publication number: KR100694072B1
Application number: KR1020040106536A
Authority: KR
Inventors: 김성하; 도상회
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2007-03-12
Also published as: KR20060067685A; CN1790094A; NL1030396C2; US20060126184A1; NL1030396A1; US20090141251A1; CN100383599C; US7527384B2; US7762673B2

Abstract

레이저 반점을 제거한 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템이 개시되어 있다.

이 개시된 조명계는, 적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 나누고, 주기적인 운동에 의해 레이저빔의 반점을 시간에 대해 평균화시키는 회절광학소자; 상기 부분 빔을 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발;을 포함하여 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해 레이저 광원에서 조사된 빔을 부분 빔으로 분할하고 이 부분빔을 시간에 대해 또는 공간에 대해 평균화시킴으로써 효과적으로 레이저 반점을 감소 또는 제거한 조명계를 제공하고, 이러한 조명계를 채용하여 화질이 개선된 프로젝션 시스템을 제공한다.

Description

레이저 반점을 제거한 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템{Illumination system eliminating laser speckle and projection system employing the same}

도 1은 종래 미국 특허 6,249,381호에 개시된 조명계를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템에 사용된 회절광학소자에 의해 생성된 부분 빔들의 프로파일을 나타낸 것이다.

도 4a는 본 발명의 조명계에 채용되는 광파이버 다발(bundle)을 나타낸 것이다.

도 4b는 도 4a에 도시된 광파이버 다발의 단면도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 변형예들이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

도 8은 본 발명에 제2 실시예에 따른 조명계에 사용되는 반사형 진동 소자의개략적인 구성도이다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 변형예들 이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50,80...레이저 광원, 52...회절광학소자

54,82...광파이버 다발, 56,86...빔 정형 유닛

60...광경로 변환기, 62,92...디스플레이 소자

64,94...투사렌즈유닛, 66,96...스크린

90...진동 소자

본 발명은 레이저빔의 반점을 제거한 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 광원에서 조사된 빔을 부분 빔으로 분할하고 이 부분빔을 시간에 대해 또는 공간에 대해 평균화시킴으로써 효과적으로 레이저 반점을 감소 또는 제거한 조명계 및 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

레이저 광원을 구비한 프로젝션 시스템은 넓은 칼라 게멋을 가지기 때문에 칼라 표현 범위가 넓고, 시준성(collimation)이 우수하여 광효율이 높은 이점이 있는 반면, 가간섭성으로 인해 반점(speckle)이 발생하는 단점이 있다. 반점은 가간섭성의 빔이 거친 표면에서 반사될 때 반사된 임의의 위상을 가지는 빔의 간섭에 의해 발생된다. 이러한 반점은 화상의 해상도 및 화질을 나쁘게 하는 주요 원인이 된다.

종래에 레이저 반점(speckle)을 제거하기 위한 조명 장치가 미국 특허 6,249,381호에 개시되어 있다.

종래의 조명 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 광원(10)에서 조사된 레이저빔은 렌즈(11)에 입사하고, 이어서 상기 렌즈(11)에 따라서 집광되는 레이저 빔이 광파이버 다발(12)의 입사측 광파이버 다발부에 입사된다. 광파이버 다발(12) 및 광파이버(13)를 이용하여 출사되는 레이저빔은 렌즈(14)를 이용하여 예를 들면, 투과형 액정 표시 소자로 되는 공간 변조기(15)를 조명한다.

상기 광파이버 다발(12)은 길이가 서로 다르게 구성되어 있어 각각의 파이버를 통과한 빔은 광경로 길이가 달라지고, 이것에 의해 간섭성(coherence)을 제거한다.

하지만, 광파이버 다발을 구성하는 각 파이버의 길이가 서로 다르기 때문에 광파이버 다발을 통과하여 나온 빔의 위상이 서로 달라지게 되어 레이저빔의 반점 제거 효율이 떨어지며, 광파이버 다발의 제작 공정이 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 회절 광학 소자를 이용하여 레이저 빔을 공간적으로 평균화하거나 반사형 진동 소자를 이용하여 레이저 빔을 시간적으로 평균화함으로써 효과적으로 레이저 반점을 감소 또는 제거하고 소형화를 달성한 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명계는, 적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 나누고, 주기적인 운동에 의해 레이저빔의 반점을 시간에 대해 평균화시키는 회절광학소자; 상기 부분 빔을 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발;을 포함하여 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 부분 빔은 복수의 빔렛으로 이루어지고, 상기 복수의 빔렛들이 서로 중첩되어 집속되는 것을 특징으로 한다.

상기 회절광학소자는 회전 가능하게 된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명계는, 적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발; 상기 부분 빔을 진동시켜 시간에 대해 평균화시키는 진동 소자;를 포함하여 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 진동 소자는 반사 미러와 상기 반사 미러를 진동시키기 위한 압전 소자를 구비한다.

상기 광파이버 다발 다음에 배치되어 입사빔의 단면 형상을 화상을 형성하기 위한 디스플레이 소자의 형상대로 변환해주는 빔 정형 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔 정형 유닛은 광 파이프이거나, 콜리메이팅 렌즈와 제1 및 제2 플라이아이렌즈 어레이를 포함하여 구성되거나, 또는 콜리메이팅 렌즈와 빔 정형을 위한 회절 패턴이 형성된 회절광학소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은, 적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 나누고, 주기적인 운동에 의해 레이저빔의 반점을 시간에 대해 평균화시키는 회절광학소자; 상기 부분 빔을 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발; 상기 광파이버 다발로부터 조사된 빔을 정형하기 위한 빔 정형 유닛; 상기 빔 정형 유닛을 통과한 빔을 이용하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈 유닛;을 포함하여 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은, 적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발; 상기 광파이버 다발로부터 조사된 빔을 정형하기 위한 빔 정형 유닛; 상기 부분 빔을 진동시켜 시간에 대해 평균화시키는 진동 소자; 상기 진동 소자를 경유한 빔을 이용하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈 유닛;을 포함하여 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 반점을 제거한 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 반점을 제거한 프로젝션 시스템이 도 2에 도시되어 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝션 시스템은, 레이저 광원(50)과, 레이저 광원(50)으로부터 출사된 레이저빔의 반점을 제거하기 위한 회절광학소자(52)와, 상기 회절광학소자(52)를 통과한 빔을 부분 빔으로 분할하는 광파이버 다발(54), 입사빔을 정형하기 위한 빔 정형 유닛(56) 및 화상을 형성하기 위한 디스플레이 소자(62)를 포함한다.

상기 빔 정형 유닛(56)과 디스플레이 소자(62) 사이의 광경로 상에는 빔을 집속시키기 위한 콘덴싱 렌즈(58)가 구비되고, 상기 디스플레이 소자(62)로부터의 화상을 스크린(66)에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛(64)이 구비된다. 그리고, 상기 콘덴싱 렌즈(58)와 디스플레이 소자(62) 사이의 광경로 상에 광의 경로를 변환하기 위한 광경로 변환기(60), 예를 들어 반사미러가 배치된다.

상기 레이저 광원(50)은 서로 다른 파장의 레이저빔을 조사하는 복수의 레이저를 구비하는 것으로, 고체 레이저, 반도체 레이저, 기체 레이저 등이 사용될 수 있다.

상기 회절광학소자(52)는 주기적인 운동을 하도록 되어 있다. 예를 들어, 상기 회절광학소자(52)는 회전 가능하게 되어 있어, 레이저 광원(50)으로부터의 빔이 시간에 대해 평균화되어 효과적으로 제거된다. 도 3을 참조하면, 상기 회절광학소자(52)는 복수의 유닛 셀(52a)을 포함하고, 바람직하게는 원형을 가지나 이 밖에도 다양한 형태를 가질 수 있다. 회절광학소자(52)의 각 유닛 셀(52a)을 통과한 빔은 각각 위상과 빔 경로가 달라진 부분 빔(53)이 되고, 이 부분 빔들이 서로 중첩되어 집속됨으로써 레이저빔이 공간에 대해 평균화된다. 상기 부분 빔(53) 각각은 복수의 빔렛(beamlet)(53a)으로 이루어져 있다.

더 나아가 상기 회절광학소자(52)가 모터(M)에 의해 회전됨에 따라 상기 빔렛(53a)들이 시간에 대해 평균화되어 반점이 제거된다.

상기 광파이버 다발(54)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버(54a)들로 구성되며, 상기 회절광학소자(52)를 통해 1차로 부분 빔으로 분할된 빔을 2차로 더욱 미세한 부분 빔들로 분할시킨다. 상기 파이버 번들(54)은 레이저빔을 공간에 대해 평균화시킴으로써 레이저빔의 간섭성을 제거한다.

레이저 반점의 콘트라스트는 다음 식과 같이 나타나며, 이 콘트라스트 값이 4% 이하이면 육안으로 감지할 수 없는 수준이 된다.

여기서, <Ii> 는 회절광학소자의 i 번째 유닛셀을 통과한 빔의 강도(intensity)의 평균값을 나타내고, σ는 표준 편차(standard deviation)를 나타내며, μ는 평균값(Mean value)을 나타낸다.

상기 회절광학소자(52)를 통과한 빔은 균일한 세기 분포를 가지는 빔으로 변 환된다. 레이저빔은 레이저 광원에서 출사시 가우시안 분포를 가지지만, 상기 회절광학소자(52)를 통해 복수의 부분 빔으로 나누어진 후 중첩적으로 맺힘으로써 균일한 세기 분포를 가지는 빔으로 변환된다. 이어서, 상기 광파이버 다발(54)을 통해 부분 빔들이 더욱 잘게 분할되어 레이저빔의 균일도를 보강한다.

다음, 상기 빔 정형 유닛(56)은 빔 단면 형상을 상기 디스플레이 소자(62)의 형상으로 만들어 준다. 디스플레이 소자로는 예를 들어, 투과형 LCD, LCoS, DMD(Deformable Micromirror Device), 회절형 라이트 밸브(Grating Light Valve) 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 이들 디스플레이 소자는 4:3 또는 16:9의 종횡비를 가지는 사각형 형태를 가진다. 레이저 광원(50)에서 나온 빔은 그 단면이 원형을 가지고, 디스플레이 소자는 사각형의 형태를 가지므로 광 효율을 위해 레이저 광원(50)에서 출사된 빔의 형상을 디스플레이 소자(62)의 형상대로 만들어 줄 필요가 있다. 상기 빔 정형 유닛(56)은 레이저빔의 단면 형상을 상기 디스플레이 소자(62)의 형상에 맞게 변환시킨다. 상기 빔 정형 유닛(56)은 예를 들어 광 파이프(light pipe)로 구성될 수 있으며, 광 파이프에 입사된 빔은 광 파이프의 내부에서 전반사되어 진행되면서 광 강도가 균일해지고, 광 파이프의 단면 형상과 같은 형상을 가지도록 변환된다. 광 파이프의 단면 형상은 디스플레이 소자와 같이 4:3 또는 16:9의 종횡비를 가지는 사각형 형태를 가진다.

상기 빔 정형 유닛(56)을 통해 출사된 빔은 콘덴싱 렌즈(58)에 의해 디스플레이 소자(62)에 맺힌다. 상기 콘덴싱 렌즈(58)와 디스플레이 소자(62) 사이의 광경로 상에 반사 미러와 같은 광경로 변환기(60)를 구비하여 빔의 진행 경로를 변환 시킬 수 있다. 상기 광경로 변환기(60)는 프로젝션 시스템을 구성하는 광학 부품들의 설치 공간을 효과적으로 활용하여 프로젝션 시스템을 소형화하거나 슬림화하는데 유용하게 사용될 수 있는 것으로, 필요에 따라 복수 개로 구비하여 배치할 수 있다.

상기 빔 정형 유닛(56)을 통해 정형된 빔이 디스플레이 소자(62)에 입사되고, 디스플레이 소자(62)에 의해 형성된 화상이 투사렌즈 유닛(64)에 의해 스크린(66)에 확대 투사된다.

상기 레이저 광원(50)은 서로 다른 파장의 빔을 조사하는 복수개의 레이저를 구비하여 칼라별로 순차적으로 레이저빔을 출사시킨다. 예를 들어, 상기 레이저 광원(20)은 적색빔(R), 녹색빔(G), 청색빔(B)을 조사하는 제1, 제2 및 제3 레이저를 구비하고, 적색빔(R), 녹색빔(G), 청색빔(B)을 순차적으로 조사하면서 R,G,B에 대한 화상을 순차적으로 형성하여 스크린(32)에 투사함으로써 칼라화상을 형성한다.

도 5에는 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 변형 예가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 변형 예에서는 도 2와 비교할 때, 빔 정형 유닛(56)의 구성이 변형되었으며 나머지 다른 구성 요소는 동일하다. 여기서, 빔 정형 유닛(56)은 입사빔을 평행빔으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈(68)와, 제1 및 제2 플라이아이렌즈 어레이(69a)(69b)를 구비한다.

상기 광파이버 다발(64)로부터 조사된 빔은 상기 콜리메이팅 렌즈(68)에 의해 평행빔으로 되어 상기 제1 플라이아이렌즈 어레이(69a)에 입사되고, 입사빔은 제1 플라이아이렌즈 어레이를 구성하는 유닛셀 별로 분할되어 제2 플라이아이렌즈 어레이(69b)에 집속된다. 그리고, 상기 제2 플라이아이렌즈 어레이(69b)에 의해 분할된 빔들이 중첩적으로 집속됨으로써 빔이 정형 및 균일화된다.

상기 빔 정형 유닛(56)에 의해 정형된 빔은 콘덴싱 렌즈(58)에 의해 디스플레이 소자(62)에 결상되고, 디스플레이 소자(62)에 의해 형성된 화상이 투사 렌즈 유닛(64)에 의해 스크린(66)에 확대 투사된다.

다음, 도 6에 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 시스템의 또 다른 변형예가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 변형 예에서는 도 2와 비교할 때, 빔 정형 유닛(56)의 구성이 변형되었으며, 빔 정형 유닛(56)과 광경로 변환기(60) 사이에 콘덴싱 렌즈가 구비되지 않고, 나머지 다른 구성 요소는 동일하다. 여기서, 빔 정형 유닛(56)은 입사빔을 평행빔으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈(70)와, 빔 정형을 위한 회절광학소자(71)를 구비한다. 상기 빔 정형을 위한 회절광학소자(71)를 통해 레이저 광원(50)에서 조사된 빔의 단면 형상이 디스플레이 소자(62)의 형상대로 변환된다. 더 나아가, 상기 회절광학소자(71)의 패턴을 조절하여 빔의 발산각을 조절할 수 있다. 빔의 발산각을 조절하여 조명계의 F/No를 크게 함으로써 프로젝션 시스템의 구성을 소형화할 수 있다.

상기 회절광학소자(71)를 통해 정형된 빔이 디스플레이 소자(62)에 입사되고, 디스플레이 소자(62)에 의해 형성된 화상이 투사렌즈 유닛(64)에 의해 스크린(66)에 확대 투사된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 조명계는 도 2를 참조하면 서로 다른 파장의 빔을 조사하는 복수의 레이저를 가지는 레이저 광원(50)과, 레이저 광원(50)에서 조 사된 레이저빔을 부분 빔들로 분할하는 회절광학소자(52)와, 상기 부분 빔들을 분할하는 광파이버 다발(54)과, 화상을 형성하기 위한 디스플레이 소자(28)의 형상대로 빔을 정형하기 위한 빔 정형 유닛(56)을 포함한다.

상기 빔 정형 유닛(56)은 레이저 광원(50)에서 출사된 레이저빔의 단면 형상을 디스플레이 소자(62)의 형상과 같이 사각형 형태를 가지도록 변환해 주는 것으로 다양하게 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 빔 정형 유닛(56)은 도 2에 도시된 바와 같이 광 파이프로 구성되거나, 도 5에 도시된 바와 같이 콜리메이팅 렌즈(68)와 한 쌍의 플라이아이렌즈 어레이(69a)(69b)로 구성되거나, 도 6에 도시된 바와 같이 콜리메이팅 렌즈(70)와 빔 정형을 위한 회절광학소자(71)로 구성될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 조명계 및 이 조명계를 채용하는 프로젝션 시스템은 회전 가능한 회절광학소자를 이용하여 레이저빔을 시간적으로 그리고 공간적으로 평균화시키고, 광파이버 다발을 통해 재차 레이저빔을 공간적으로 평균화시킴으로써 레이저빔의 반점을 제거한다.

다음, 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝션 시스템은, 도 7을 참조하면 레이저 광원(80)과, 상기 레이저 광원(80)으로부터 출사된 빔을 부분 빔으로 분할하기 위한 광파이버 다발(82)과, 입사빔을 정형하기 위한 빔 정형 유닛(86), 빔 정형 유닛(86)에 의해 정형된 빔을 진동시켜 레이저빔의 반점을 제거하기 위한 진동 소자(90) 및 화상을 형성하기 위한 디스플레이 소자(92)를 포함한다.

상기 광파이버 다발(82)과 빔 정형 유닛(86) 사이의 광경로상에는 제1 콘덴싱 렌즈(84)가 구비되고, 상기 빔 정형 유닛(86)과 상기 진동 소자(90) 사이에는 제2 콘덴싱 렌즈(88)가 구비된다. 그리고, 상기 디스플레이 소자(92)로부터의 화상을 스크린(96)에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛(94)이 구비된다.

상기 레이저 광원(80)은 서로 다른 파장의 레이저를 순차로 조사하도록 구성되고, 상기 광파이버 다발(82)은 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 광파이버 다발(54)과 실질적으로 동일한 기능 및 작용 효과를 하는 부재이다. 상기 광파이버 다발(82)은 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버들로 구성된다. 상기 레이저 광원(80)에서 출사된 레이저빔은 상기 광파이버 다발(82)에 의해 부분 빔들로 분할되고, 상기 부분 빔들은 상기 제1 콘덴싱 렌즈(84)에 의해 빔 정형 유닛(86)에 집속되어 입사된다.

상기 빔 정형 유닛(86)은 레이저 광원(80으로부터 출사된 빔의 단면 형상을 디스플레이 소자(92)의 형상대로 변형시켜 준다. 상기 빔 정형 유닛(86)은 예를 들어 광 파이프(86)로 구성될 수 있다. 또는, 도 9에 도시된 바와 같이 콜리메이팅 렌즈(101)와 제1 및 제2 플라이아이렌즈 어레이(102a)(102b)로 구성될 수 있다. 또는, 도 10에 도시된 바와 같이 콜리메이팅 렌즈(104)와 빔 정형을 위한 회절 패턴이 형성된 회절광학소자(105)로 구성될 수 있다. 도 7에 도시된 프로젝션 시스템과 비교할 때, 도 9에 도시된 예에서는 상기 광파이버 다발(82)과 빔 정형 유닛(86) 사이에 콘덴싱 렌즈가 구비될 필요가 없다. 또한, 도 7에 도시된 프로젝션 시스템과 비교할 때, 도 10에 도시된 예에서는 상기 광파이버 다발(82)과 빔 정형 유닛(86) 사이에 콘덴싱 렌즈가 구비되지 않고, 빔 정형 유닛(86)과 진동 소자(90) 사이에 콘덴싱 렌즈가 구비되지 않은 점에서 차이가 있다.

상기 진동 소자(90)는 도 8에 도시된 바와 같이 입사빔을 반사시키는 반사 미러(89)와 제1 및 제2 압전 소자(91a)(91b)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 압전 소자(91a)(91b)에 의해 상기 반사 미러(89)사 진동한다. 상기 반사 미러(89)가 진동됨에 따라 입사빔(L_i)이 상기 반사 미러(89)에 의해 반사되어 나가는 빔이 혼합되어 공간적으로 평균화된다. 그럼으로써, 레이저빔의 반점이 크게 감소되거나 제거된다. 여기서, L₀₁은 반사 미러(89)가 진동하지 않을 때의 출사빔을, L₀₂는 반사 미러(89)가 진동할 때의 출사빔을 각각 나타낸다. 상기 진동 소자(90)는 반사형 이외에 투과형으로도 구성 가능하다.

상기 진동 소자(90)를 반사형으로 구성하는 경우에는 상기 레이저 광원(80)으로부터 출사된 빔의 경로를 변환시키는 역할도 함께 하여, 프로젝션 시스템을 소형화하는데 기여한다. 한편, 상기 예에서는 진동 소자(90)가 상기 빔 정형 유닛(86)과 디스플레이 소자(92) 사이에 배치된 경우를 설명하였지만, 이 밖에도 상기 광파이버 다발(82)과 빔 정형 유닛(85)의 사이에 배치되는 것도 가능하다.

상기 진동 소자(90)에서 반사된 빔은 디스플레이 소자(92)에 입사되고 입력된 신호에 따라 공간 변조되어 화상으로 형성된다. 상기 디스플레이 소자(92)에 의해 형성된 화상은 투사렌즈유닛(94)에 의해 스크린(96)에 확대 투사된다.

본 발명의 제2실시예에 따른 조명계는 도 7을 참조하면, 서로 다른 파장의 빔을 조사하는 복수의 레이저를 가지는 레이저 광원(80)과, 레이저 광원(80)에서 조사된 레이저빔을 부분 빔들로 분할하는 광파이버 다발(82)과, 입사빔을 화상을 형성하기 위한 디스플레이 소자(92)의 형상대로 빔을 정형하기 위한 빔 정형 유닛(86)과, 상기 빔 정형 유닛(86)을 통과한 빔을 진동시켜 공간적으로 평균화시키기 위한 진동 소자(92)를 포함한다.

본 발명의 제2실시예에서는 레이저 광원에서 출사된 빔을 광파이버 다발에 의해 부분 빔으로 분할하고, 진동 소자에 의해 상기 부분 빔들을 공간적으로 평균화시킴으로써 레이저빔의 반점을 현저히 감소시키거나 제거한다.

상기 빔 정형 유닛(86)은 다양한 구성으로 설계 가능하며, 이에 대해서는 제1실시예에서 설명한 빔 정형 유닛(56)과 실질적으로 동일한 기능 및 작용을 하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에서는 광원으로서 레이저를 이용하는데 있어서, 레이저빔의 간섭성으로 인한 반점을 크게 감소시키거나 또는 제거한 조명계를 제공하고, 이러한 조명계를 채용하여 화질이 개선된 프로젝션 시스템을 제공한다.

회절광학소자를 회전시키거나 진동 소자를 이용하여 빔을 진동시킴으로써 부분 빔을 시간적으로 그리고 공간적으로 평균화시켜 레이저 반점을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 동일한 길이를 가지는 광파이버 다발을 이용하여 레이저 광원에서 출사된 빔을 부분 빔으로 분할하여 레이저빔의 간섭성을 감소시킴으로써 레이저 반점을 감소시킨다.

Claims

적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원;

상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 나누고, 주기적인 운동에 의해 레이저빔의 반점을 시간에 대해 평균화시키는 회절광학소자;

상기 부분 빔을 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발;

상기 광파이버 다발 다음에 배치되어 입사빔의 단면 형상을 화상을 형성하기 위한 디스플레이 소자의 형상대로 변환해주는 빔 정형 유닛;을 포함하여 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 1항에 있어서,

상기 부분 빔은 복수의 빔렛으로 이루어지고, 상기 복수의 빔렛들이 서로 중첩되어 집속되는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 1항에 있어서,

상기 회절광학소자는 회전 가능하게 된 것을 특징으로 하는 조명계.
적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원;

상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발;

상기 광파이버 다발 다음에 배치되어 입사빔의 단면 형상을 화상을 형성하기 위한 디스플레이 소자의 형상대로 변환해주는 빔 정형 유닛;

상기 부분 빔을 진동시켜 시간에 대해 평균화시키는 진동 소자;를 포함하여 상기 레이저 광원으로부터 조사된 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 4항에 있어서,

상기 진동 소자는 반사 미러와 상기 반사 미러를 진동시키기 위한 압전 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명계.
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제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 빔 정형 유닛은 광 파이프인 것을 특징으로 하는 조명계.
제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 빔 정형 유닛은 콜리메이팅 렌즈와 제1 및 제2 플라이아이렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 빔 정형 유닛은 콜리메이팅 렌즈와 빔 정형을 위한 회절 패턴이 형성된 회절광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명계.
적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원;

상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 나누고, 주기적인 운동에 의해 레이저빔의 반점을 시간에 대해 평균화시키는 회절광학소자;

상기 부분 빔을 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발;

상기 광파이버 다발로부터 조사된 빔을 정형하기 위한 빔 정형 유닛;

상기 빔 정형 유닛을 통과한 빔을 이용하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자;

상기 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈 유닛;을 포함하여 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 10항에 있어서,

상기 부분 빔은 복수의 빔렛으로 이루어지고, 상기 복수의 빔렛들이 서로 중첩되어 집속되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 10항에 있어서,

상기 회절광학소자는 회전 가능하게 된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 10항에 있어서,

상기 빔 정형 유닛과 디스플레이 소자 사이에 광경로 변환기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
적어도 하나의 레이저를 가지는 레이저 광원;

상기 레이저 광원에서 출사된 빔을 복수의 부분 빔으로 분할하기 위한 것으로, 동일한 길이를 가지는 복수의 파이버를 가지는 광파이버 다발;

상기 광파이버 다발로부터 조사된 빔을 정형하기 위한 빔 정형 유닛;

상기 부분 빔을 진동시켜 시간에 대해 평균화시키는 진동 소자;

상기 진동 소자를 경유한 빔을 이용하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자;

상기 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈 유닛;을 포함하여 레이저빔의 반점을 제거하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 14항에 있어서,

상기 진동 소자는 반사 미러와 상기 반사 미러를 진동시키기 위한 압전 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 10항 또는 제 14항에 있어서,

상기 빔 정형 유닛은 광 파이프인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 16항에 있어서,

상기 광파이버 다발과 빔 정형 유닛 사이에 콘덴싱 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 10항 또는 제 14항에 있어서,

상기 빔 정형 유닛은 콜리메이팅 렌즈와 제1 및 제2 플라이아이렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 10항 또는 제 14항에 있어서,

상기 빔 정형 유닛은 콜리메이팅 렌즈와 빔 정형을 위한 회절 패턴이 형성된 회절광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
제 10 또는 제 14항에 있어서,

상기 디스플레이 소자는 투과형 LCD, LCoS, DMD(Deformable Micro Device), 회절형 라이트 밸브 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.