KR100698286B1 - 마이크로미러 디바이스, 광학엔진 및 이를 포함하는프로젝션 장치 - Google Patents

마이크로미러 디바이스, 광학엔진 및 이를 포함하는프로젝션 장치 Download PDF

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KR100698286B1
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Abstract

부품수를 줄일 수 있고 소형화에 유리한 광학엔진이 개시된다. 본 발명에 따른 광학엔진은, 광을 출사하는 조명광학계; 및 장축(X)과 단축(Y)으로 이루어진 기판상에 다수의 미세구동미러가 설치되며, 상기 다수의 미세구동미러를 제어하여 상기 조명광학계로부터 출사된 광을 영상광으로 변환시키는 마이크로미러 디바이스;를 포함하며, 상기 조명광학계로부터 출사된 광축(CR)과, 상기 광축(CR)이 상기 마이크로미러 디바이스와 만나는 지점(CP)에서 상기 장축(X)과 나란한 가상의 선(X')이 이루는 각은 실질적으로 수직이다.
미세구동미러, 상하 회동, 입사광, 출사광, 광분리지점, 광조사면적

Description

마이크로미러 디바이스, 광학엔진 및 이를 포함하는 프로젝션 장치{Micromirror device, optical engine, and projection apparatus having the same}
도 1은 일반적인 마이크로미러 디바이스(Micromirror Device)에 입사되는 광과 출사되는 광의 관계를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 마이크로미러 디바이스를 C방향에서 본 평면도,
도 3은 도 1의 마이크로미러 디바이스를 D방향에서 본 정면도,
도 4는 본 발명이 적용된 프로젝션 장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 5는 도 4의 광학엔진을 개략적으로 나타낸 분해 사시도,
도 6은 도 5의 요부를 E방향에서 본 측면도,
도 7은 본 발명에 따른 마이크로미러 디바이스에 입사되는 광과 출사되는 광의 관계를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 8은 도 7의 마이크로미러 디바이스를 F방향에서 본 측면도,
도 9는 도 7의 마이크로미러 디바이스를 G방향에서 본 정면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학엔진을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
100...본체 110...스크린
200,300...광학엔진 210,310...조명광학계
230...반사미러유닛 232,332...제1반사미러
234,334...제2반사미러 240,340...마이크로미러 디바이스
270...투사계 CR...광축
CP...입사지점 X...가로축
Y...세로축 IR...입사광
OR...출사광 SRP...광분리지점
본 발명은 프로젝션 텔레비젼이나 프로젝터와 같은 프로젝션 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부품수를 줄일 수 있고 소형화가 가능한 광학엔진 및 이를 포함하는 프로젝션 장치에 관한 것이다.
일반적으로 프로젝션 장치는 영상 디스플레이 수단에서 생성된 영상광을 스크린등의 투사면으로 확대 투사시켜 디스플레이하는 장치를 일컫는다.
이러한 프로젝션 장치는, 상기 영상 디스플레이 수단의 종류에 따라, 제1세대형인 CRT(Cathode Ray Tube)형과, 제2세대형인 액정표시장치(LCD:Liquid Crystal Display)형과, 제3세대형인 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD:Digital Micromirror Device, 이하 '마이크로미러 디바이스'라 함)으로 구분될 수 있다.
상기 액정표시장치형은 제조공정이 복잡하고 밝기가 낮은 단점을 가지고 있어서, 최근에는 완전 디지탈방식에 의한 고화질 구현이 가능한 마이크로미러 디바이스가 널리 사용되고 있다. 이러한 마이크로미러 디바이스는 디지털 라이트 프로세싱(DLP:Digital Light Processing) 시스템에서 사용되는 것으로, 마이크로미러 디바이스 패널에 다수의 미세구동거울을 +13도 내지 -13도로 회동시켜 광원으로부터 전달된 광을 투사계로 반사를 하거나(ON) 투사계로부터 벗어나게 반사(OFF)하므로서 영상을 형성하는 반도체 광스위치이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 마이크로미러 디바이스(10)에는 무수히 많은 미세구동거울(20,21,22)이 마이크로미러 디바이스(10)의 세로축(Y)과 나란한 축을 기준으로 각각 회동가능하게 설치된다. 즉, 좌우회동 가능하게 설치된다. 그리고, 영상데이타에 따라 미도시된 제어부는 각 미세구동거울(20,21,22)의 회동여부를 제어한다. 그러면, 각 미세거울(20,21,22)은 광원으로부터 입사된 광이 미도시된 투사계로 입사되도록 반사하거나 또는 투사계를 벗어나도록 반사한다. 도 2에 도시된 ON 상태는 미세구동거울(20,21)에 의해 반사된 광이 상기 투사계로 입사하게 되며, OFF 상태의 미세구동거울은 투사계를 벗어나도록 반사된다. 따라서, OFF상태의 미세구동거울(23)에 대응하는 스크린 상의 화점은 검은색으로 나타나게 되며, ON 상태의 미세구동거울(20,21)에 대응하는 스크린의 화점에 적색(Red), 녹색Green), 청색(Blue) 중 어느 하나 또는 조합된 색상이 나타나게 된다. 이 처럼, 각 미세거울(20,21,22)이 반사하는 광의 조합으로 인하여 영상이 생성되고 이렇게 생성된 영상광은 상기 투사계에 의해 수차등이 보상 및 확대되어 스크린에 투사되게 된다.
한편, 상기 미세구동거울(20,21,22)은 마이크로미러 디바이스(10)의 세로축(Y)과 나란한 축을 중심으로, 즉 좌우로 회동됨에 따른 설계상의 용이성등의 이유로 광원으로부터 마이크로미러 디바이스(10)로 입사되는 광(IR)은 측면에서 입사된다.
그러나, 마이크로미러 디바이스(10)의 측면에서 광이 입사되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 입사광(IR)과 출사광(OR)은 서로 오버랩되는 부분이 발생하게 된다. 이 때, 상기 광이 오버랩되는 지점으로서 마이크로미러 디바이스(10)로부터 최장거리 이격된 지점을 광분리지점(SRP)이라고 하고, 이러한 광분리지점(SRP)과 마이크로미러 디바이스(10)의 거리(D)는, 다음과 같은 수학식 1에 의하여 산출된다.
D = atanθ
여기서, a는 DMD 패널의 가로축 길이를 나타내며, θ는 입사광(IR)과 가로축(X)이 이루는 각을 나타낸다. 그리고, 이러한 거리(D)는 투사계가 배치될 수 있는 마이크로미러 디바이스(10)로부터의 최소거리가 된다. 즉, 투사계를 최대한 마이크로미러 디바이스(10)로 가까이 설치할 수 있는 거리(BFL, Back Focal Length)가 된다. 상기 거리(D)는 광학엔진에 있어서 마이크로미러 디바이스(10)에서 투사계로 반사된 영상광의 수차에 매우 중요한 요소로서 이 거리(D)가 길 경우, 수차가 매우 심해져서 투사계의 설계가 어려워지고 투사계에 배치되는 렌즈의 수가 많아지게 된다. 또한, 수차의 보상이 완벽히 이루어지지 않는 경우에는 영상의 질이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다. 한편, 상기 거리(D)가 멀어지게 되면, 광학엔진 및 이를 채용하는 프로젝션 장치의 소형화에도 불리하게 된다.
또한, 도 3을 참조하면, 광원으로부터 마이크로미러 디바이스(10)로 입사되는 광(IR)은 집적된 상태에서 상기 마이크로미러 디바이스(10)로 일정각도(α) 확산되어 조사하게 된다. 따라서, 마이크로미러 디바이스(10)상에 조사해야 하는 비유효광의 면적(S)은 다음의 수학식 2에 의해 산출된다.
S = atanα × a
이처럼 광이 마이크로미러 디바이스(10)에 조사되는 비유효면적(S)이 넓을 수록 입사광(IR)의 균일분포(Uniformity)를 위한 조명광학계를 구성하는 렌즈등의 광학부품수가 늘어나게 되어 제품의 원가를 상승시키는 요인이 될 뿐만 아니라 조명광학계의 소형화에 불리하게 된다. 또한, 광원으로부터 출사된 광이 마이크로미러 디바이스(10)까지 도달하기 위해 거쳐야 하는 광학부품수가 늘어나므로서 산란등의 원인으로 인해 조명계효율이 떨어지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 부품수를 줄일 수 있고 소형화에 유리한 광학엔진 및 이를 포함하는 프로젝션 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 스크린에 투사되는 영상의 질을 향상시킬 수 있는 광학엔진 및 이를 포함하는 프로젝션 장치를 제공하는데 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은, 조명광학계의 효율을 향상시킬 수 있는 광 학엔진 및 이를 포함하는 프로젝션 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학엔진은, 광을 출사하는 조명광학계; 및 장축(X)과 단축(Y)으로 이루어진 기판상에 다수의 미세구동미러가 설치되며, 상기 다수의 미세구동미러를 제어하여 상기 조명광학계로부터 출사된 광을 영상광으로 변환시키는 마이크로미러 디바이스;를 포함하며, 상기 조명광학계로부터 출사된 광축(CR)과, 상기 광축(CR)이 상기 마이크로미러 디바이스와 만나는 지점(CP)에서 상기 장축(X)과 나란한 가상의 선(X')이 이루는 각은 실질적으로 수직인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광학엔진은, 상기 마이크로미러 디바이스로부터 생성된 영상광을 확대하여 투사하는 투사계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 목적은, 광을 출사하는 조명광학계; 장축(X)과 단축(Y)으로 이루어진 기판상에 다수의 미세구동미러가 설치되며, 상기 다수의 미세구동미러를 제어하여 상기 조명광학계로부터 출사된 광을 영상광으로 변환시키는 마이크로미러 디바이스; 상기 마이크로미러 디바이스로부터 생성된 영상광을 확대하여 투사하는 투사계; 및 상기 투사계에 의해 확대된 영상광이 투사되는 스크린;을 포함하며, 상기 조명광학계로부터 출사된 광축(CR)과, 상기 광축(CR)이 상기 마이크로미러 디바이스와 만나는 지점(CP)에서 상기 장축(X)과 나란한 가상의 선(X')이 이루는 각은 실질적으로 수직인 프로젝션 장치에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광축(CR)과, 상기 광축(CR)이 상기 마 이크로미러 디바이스에 입사되는 지점(CP)에서 상기 단축(Y)과 나란한 가상의 선(Y')은 소정각도(θ)를 이루며, 상기 소정각도(θ)는 63°~ 69°사이인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 다수의 미세구동미러 각각은 상기 기판상에 상기 장축(X)과 나란한 다수의 축을 중심으로 각각 독립적으로 회동가능하게 설치되며, 상기 조명광학계는, 광을 생성하는 광원; 상기 광원으로부터 생성된 광을 집속시켜 전달하는 릴레이 렌즈유닛; 및 상기 릴레이 렌즈유닛으로부터 전달된 광을 상기 마이크로미러 디바이스로 반사시키는 반사미러유닛;을 포함한다.
그리고, 상기 반사미러유닛은, 상기 릴레이 렌즈유닛으로부터 광을 전달받아 반사시키는 제1반사미러; 및 상기 제1반사미러로부터 반사된 광을 상기 마이크로미러 디바이스로 반사시키는 제2반사미러;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광학엔진 및 이를 포함하는 프로젝션 장치를 상세히 설명한다.
도 4을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 장치는, 프로젝션 장치의 외형을 형성하는 본체(100)와, 상기 본체(100)상에 고정되는 스크린(110)과, 상기 스크린(110)으로 영상광을 확대하여 반사시키는 스크린 반사미러(120) 및 영상을 생성하여 상기 스크린 반사미러(120)에 투사시키는 광학엔진(200)을 포함한다.
이하 도 5 내지 도 8을 참조하여 상기 광학엔진(200)에 대하여 상세히 설명한다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 상기 광학엔진(200)은, 조명광학계(210)와, 마 이크로미러 디바이스(240) 및 투사계(270)를 포함한다.
상기 조명광학계(210)는, 광원(212)과, 릴레이 렌즈유닛(220) 및 반사미러유닛(230)을 포함한다.
상기 광원(212)은, 광을 발생시키는 램프(214)와, 상기 램프(214)로부터 발생된 광을 상기 릴레이 렌즈유닛(220)으로 집광하기 위한 타원반사경(216)를 포함한다. 상기 램프(214)로는, 할로겐램프나 UHP 램프등이 사용된다.
상기 릴레이 렌즈유닛(220)은, 색필터(222)와, 광터널(224) 및 복수개의 렌즈(226)를 포함한다. 상기 색필터(222)는 상기 광원(212)으로 발생된 광을 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)을 순차적으로 발생시킨다. 상기 광터널(224)은 상기 색상별로 분리된 광의 밀도를 균일화 시킬 뿐만 아나리 상기 광을 사각형의 형태로 형성한다. 상기 복수개의 렌즈(226)는 상기 광터널(224)을 통과한 광을 상기 반사미러유닛(230)에 집속시킨다.
상기 반사미러유닛(230)은 제1반사미러(232)와 제2반사미러(234)를 포함한다. 상기 제1반사미러(232)는 상기 복수개의 렌즈(226)를 통과한 광이 입사되며, 입사된 광을 상기 제2반사미러(234)로 반사시킨다. 그리고, 상기 제2반사미러(234)는 상기 제1반사미러(232)로부터 반사된 광을 마이크로미러 디바이스(240)로 반사시킨다. 이 때, 조명광학계(210)는 전체적으로 상기 마이크로미러 디바이스(240)의 하부에 설치되어 있기 때문에 상기 제2반사미러(234)에서 반사된 광은 마이크로미러 디바이스(240)의 하부에서 상부로 입사된다. 본 실시예에서는 마이크로미러 디바이스(240)의 하부에서 상부로 광이 입사되는 것을 예시하였으나, 상기 조명광학 계(210)는 전체적으로 상기 마이크로미러 디바이스(240)의 상부에 위치시키고 상기 반사미러유닛(230)을 적절한 각도로 배치할 수 있으며, 이러한 경우 조명광학계로부터 출사된 광은 상기 마이크로미러 디바이스(240)의 상부에서 하부로 입사된다. 또한, 본 실시예에서는 상기 마이크로미러 디바이스(240)로 광을 입사시키기 위해 두개의 반사미러(232)(234)가 배치되나, 상기 조명광학계의 배치를 적절히 변화시키고 반사미러를 적절한 각도 및 위치에 배치시킬 경우 하나의 반사미러만 배치될 수 있다.
상기 마이크로미러 디바이스(240)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 일정패턴의 회로가 형성되어 있는 기판(242)과, 상기 기판(242)상에 회동가능하게 설치되는 다수의 미세구동미러(244,245,246)를 포함한다. 도 8에는 이해를 돕기 위해 상기 미세구동미러(244,245,246)를 확대하여 도시하였으나, 통상 이 보다 작은 크기의 미러가 스크린의 화소에 해당하는 수만큼 기판(242)상에 배열된다.
상기 기판(242)은 장축(X)과 단축(Y)을 가지는 직사각형의 형태를 가진다. 본 실시예에서는 상기 기판(242)의 가로축(X)이 장축(X)되고 세로축(Y)을 단축(Y)이 된다. 이하, 발명의 이해를 돕기 위해 상기 장축(X)을 가로축(X)이라 하고, 상기 단축(Y)을 세로축(Y)이라고 가정한다. 이러한 직사각형의 종횡비는 스크린의 종횡비와 동일한 종횡비를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 마이크로미러 디바이스(240)은 16:9 또는 4:3등 상기 스크린의 종횡비와 동일하게 설정하는 것이 좋다. 그리고, 상기 기판(242) 상에는 미도시된 제어부와 전기적으로 연결되는 일정패턴의 회로가 형성된다.
상기 다수의 미세구동미러(244,245,246)는 상기 종횡비에 해당하는 상기 기판(242)의 일면에 형성된 가상의 사각형내에 배열된다. 그리고, 상기 각 미세구동미러(244,245,246)는 상기 기판(242)의 가로축(X)과 나란한 축을 중심으로 회동가능하게 설치된다. 따라서, 상기 마이크로미러 디바이스(240)의 하부 또는 상부에서 광이 입사되더라도 상기 가로축(X)과 나란한 축을 중심으로 회동하므로서 입사광(IR)을 용이하게 반사할 수 있다. 이러한 미세구동미러(244,245,246)는 미도시된 제어부의 영상신호에 따라 독립적으로 회동하면서 입사광(IR)의 반사각도를 결정(ON/OFF 여부를 결정)함으로서 스크린(110, 도 4참조)의 각 화점에 적당한 색상의 광을 조사한다.
상기 미세구동미러(244,245,246)의 회동원리에 대한 일 예가 한국등록특허 제284016호에 개시된다. 이하, 상기 한국등록특허 제284016호 및 도 8을 참조하여 상기 미세구동미러(244,245,246)를 회동원리를 개략적으로 살펴본다. 상기 미세구동미러(244,245,246)는 기판(242)의 가로축(X)과 나란한 회동축(미도시)을 중심으로 회동가능하게 설치된다. 그리고, 상기 기판(242)과 상기 각각의 미세구동미러(244,245,246)의 사이에는, 상기 회동축을 사이에 두고 상하로 배치된 적어도 하나이상의 상부전극 및 하부전극이 배치된다. 그리고, 상기 상부 및 하부전극과 상기 미세구동미러(244,245,246)는 각각 전원장치(미도시)에 연결된다. 그리고, 미도시된 제어부로부터의 입력영상신호에 따라 각각 상부 또는 하부전극에 전원을 인가한다. 그러면, 미세구동미러(244,245,246)는 전원이 인가된 전극과 정전인력이 발생하게 되며, 상기 정전인력에 의해 상기 미세구동미러(244,245,246)는 일측으로 회 동하게 된다. 이 처럼, 상기 미세구동미러(244,245,246)는, 전원이 인가되는 전극에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 양의 소정각도(+θ′) 또는 음의 소정각도(-θ′)로 회동축을 중심으로 회동한다. 즉, 상기 전원의 인가여부를 제어하므로서 상기 미세구동미러(244,245,246)의 회동을 제어할 수 있게 된다. 이 때, 상기 소정각도(θ′)는, 11°~ 14°사이인 것이 바람직하다. 도 8에 도시된 양의 소정각도(+θ′)로 회동된 미세구동미러(244,246)는 입사광(IR)을 투사계(270)로 반사하여 스크린(110)의 상기 미세구동미러(244,246)에 대응하는 화점에 투사된다. 즉, ON 상태가 된다. 그리고, 음의 소정각도(-θ′)로 회동된 미세구동미러(245)는 입사된 광(IR)을 투사계(270)로부터 벗어나게 반사한다. 즉, OFF 상태가 된다. 상술한 미세구동미러(244,245,246)의 회동구조 및 원리는 일 예로서 설명한 것이며, 이외에도 다양한 미세구동미러의 구동방법이 적용될 수 있다.
상기 투사계(270)는 상기 마이크로미러 디바이스(240)로부터 생성된 영상광을 확대투사시키기 위한 장치로서, 상기 영상광의 각종 수차를 보상하기 위하여 복수개의 렌즈와 하나 이상의 반사경으로 이루어진다. 그리고, 상기 수차는, 상기 마이크로미러 디바이스(240)로부터 상기 투사계(270)의 최후면 렌즈의 정점까지의 거리(BFL, Back Focal Length), 소위 뒷초점거리가 커질수록 커지게 된다. 따라서, 상기 거리(BFL)를 크게 할 경우, 상기 수차를 보상하기 위한 렌즈의 수가 증가하게 되고, 상기 렌즈를 배열하거나 렌즈의 사양을 결정하는 등의 설계가 어려워진다. 따라서, 상기 거리(BFL)가 멀수록 스크린(110)에 투사되는 영상의 질이 떨어지게 된다. 이처럼, 뒷초점거리는 광학엔진에서 화질 및 광학엔진의 크기를 결정짓는 중 요한 결정요소로서 최근에 이를 줄이기 위한 많은 노력을 하고 있다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작에 대하여 상세히 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 반사미러유닛(230, 도 5참조)로부터 입사되는 광의 축(CR, 이하 '광축'이라함)은, 마이크로미러 디바이스(240)의 중심부로 입사된다. 그리고, 상기 광축(CR)은 상기 마이크로미러 디바이스(240)의 입사지점(CP)에서 가로축(X)과 나란한 가상의 선(X')에 실질적으로 수직한 상태로 입사된다. 즉, 마이크로미러 디바이스(240)의 하부에서 상부로 입사된다. 그리고, 상기 광축(CR)은 상기 입사지점(CP)에서 상기 세로축(Y)과 나란한 가상의 선(Y')과 소정각(θ)을 이룬다. 상기 소정각(θ)은 63˚~ 69˚인 것이 바람직하다.
그리고, 미세구동미러(244,245,246)는 상기 입사광(IR)을 투사계(270)로 또는 투사계(270)를 벗어나도록 반사시킬 수 있도록 상기 가로축(X)과 나란한 상기 각 미세구동미러(244,245,246)에 대응하는 다수의 각 축을 중심으로 회동할 수 있게 상기 기판(242)에 설치된다. 그리고, 각 미세구동미러(245)를 입력된 영상신호에 따라 독립적으로 전원을 인가하여 그 회동을 제어하므로서, 일부 미세구동미러(244,246)에 입사된 광(IR)은 투사계(270)로 입사되도록 반사되며(ON), 다른 일부 미세구동미러(245)로 입사되는 광(IR)은 투사계(270)를 벗어나도록 반사된다(OFF)
이 때, 마이크로미러 디바이스(240)으로의 입사광(IR)과 출사광(OR)은 오버랩되는 부분이 발생하게 된다. 그리고, 이러한 오버랩되는 부분이 끝나는 지점으로서 마이크로미러 디바이스(240)로부터 가장 먼 지점, 즉 광분리지점(SRP)과 상기 마이크로미러 디바이스(240)의 거리(D)는 다음의 수학식 3에 의해 산출된다.
D = btanθ
상기 수학식 3의 경우처럼, 상기 거리(D)는 상기 세로축(Y)의 길이(b)와 비례하게 된다. 따라서, 기존의 마이크로미러 디바이스(240)의 측면으로 입사하는 경우, 가로축(X)의 길이(a)에 비례하는 경우와 비교하면, atanθ-btanθ 만큼 짧아진다. 따라서, 동일한 입사각도(θ)로 입사하는 경우, 상기 거리(D)는 짧아지게 된다. 그리고, 이처럼 상기 거리(D)를 줄임으로서 뒷초점거리(BFL)를 줄일 수 있게되고, 상기 뒷초점거리(BFL)를 줄이므로서 영상광의 수차가 작아진다. 따라서, 상기 영상광의 수차를 보상하기 위해 투사계(270)에 사용되는 렌즈의 수를 줄일 수 있어서 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 투사계(270)의 설계가 용이해진다. 한편, 영상광의 수차가 작아지므로서 스크린에 투영된 영상의 질을 향상시킬 수 있게 된다.
도 9를 참조하면, 상기 마이크로미러 디바이스(240)에 입사되는 광은 확산되어 입사하게 된다. 따라서, 상기 마이크로미러 디바이스(240)를 벗어나는 비유효한 광의 조사면적(S)이 발생하게 된다. 이러한 비유효광의 조사면적(S)은, 다음의 수학식 4에 의해 산출된다.
S = btanα×b
상기 수학식 4에서와 같이 상기 비유효광의 조사면적(S)은, 상기 세로축(Y) 의 크기와 비례하게 된다. 따라서, 기존의 큰 가로축(X)의 길이(a)에 비례하는 비유효조사면적보다 atanα×a - btanα×b만큼 작아지게 된다. 이처럼 조사면적이 줄어들게 되므로서, 조사면적에 조사되는 광의 균일화(Uniformity)를 용이하게 할 수 있고, 상기 균일화를 위한 조명광학계(210, 도 5참조)의 렌즈수등의 광학부품수를 줄일 수 있게 된다. 한편, 광원(212, 도 5참조)으로부터 출사되는 광을 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학엔진(300)은, 광이 마이크로미러 디바이스(340)의 전방으로 입사되도록 조명광학계(310)가 배치된다. 상기와 같은 조명광학계(310)의 배치에 따라, 광원(312) 및 릴레이 렌즈유닛(320)으로부터 전달되는 광은 제1반사미러(332)에 의해 마이크로미러 디바이스(340)의 하측으로 반사되고, 하측으로 반사된 광은 제2반사미러(334)에 의해 하측에서 상측으로 마이크로미러 디바이스(340)에 입사된다. 이와 같은 구조로, 본 발명의 다른 실시예에 의해 광학엔진(300)은, 조명광학계(210, 도 5참조)가 마이크로미러 디바이스(240, 도 5참조)의 하측 후방에 배치되는 본 발명의 일 실시예 보다 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있다. 한편, 제1반사미러(332)에서 제2반사미러(334)로 반사되는 광다발과, 상기 제2반사미러(334)에서 마이크로미러 디바이스(340)로 입사되는 광다발은 소정간격 이격되게 상기 제1 및 제2반사미러(332)(334)의 각도가 조정된다.
상술한 본 발명의 실시예에서는, 마이크로미러 디바이스의 가로축을 장축으로 하고, 세로축을 단축한 예를 설명하였으나, 세로축이 장축이되고 가로축이 단축 이 될 수 있다. 다만, 상기 세로축이 장축이고 가로축이 단축인 경우에는, 본 발명의 상술한 실시예와는 달리, 조명광학계로부터 출사된 광이 마이크로미러 디바이스의 측부에서 입사되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 마이크로미러 디바이스에 입사되는 광과 출사되는 광의 분리지점을 상기 마이크로미러 디바이스에 근접시키므로서, 마이크로미러 디바이스와 투사계 사이의 거리(BFL)를 줄일 수 있게 되고, 상기 거리(BFL)를 줄이므로서 마이크로미러 디바이스로부터 출사되는 영상광의 수차를 줄일 수 있다. 그리고, 상기 영상광의 수차를 줄이므로서 상기 수차를 보상하기 위한 투사계의 렌즈수등의 광학부품수를 줄일 수 있으며, 영상의 질을 향상시킬 수 있다.
그리고, 마이크로미러 디바이스의 상부 또는 하부로 광이 입사되므로서 마이크로미러 디바이스에 입사되는 광의 조사면적이 줄어들게 되고, 광의 조사면적이 줄어드므로서 광의 균일화를 위한 조명광학계의 렌즈등의 광학부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 조명광학계의 조명효율을 향상시킬 수 있다.
이처럼, 조명광학계 및 투사계의 광학부품수를 줄일 수 있게 되어 조명광학계 및 투사계의 설계가 용이할 뿐만 아니라 프로젝트 장치의 원가를 절감할 수 있다.
한편, 광학엔진에 사용되는 광학부품수를 줄이고 투사계와 마이크로미러 디바이스 사이의 거리를 줄일 수 있게 되어 프로젝션 장치의 소형화가 가능하다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

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  6. 광을 출사하는 조명광학계;
    장축(X)과 단축(Y)으로 이루어진 기판상에 다수의 미세구동미러가 설치되며, 상기 다수의 미세구동미러를 제어하여 상기 조명광학계로부터 출사된 광을 영상광으로 변환시키는 마이크로미러 디바이스; 및
    상기 마이크로미러 디바이스로부터 생성된 영상광을 확대하여 투사하는 투사계;를 포함하며,
    상기 조명광학계는,
    광을 생성하는 광원;
    상기 광원으로부터 생성된 광을 집속시켜 전달하는 릴레이 렌즈유닛; 및
    상기 릴레이 렌즈유닛으로부터 전달된 광을 상기 마이크로미러 디바이스로 반사시키는 반사미러유닛;을 포함하며,
    상기 반사미러유닛은,
    상기 릴레이 렌즈유닛으로부터 광을 전달받아 반사시키는 제1반사미러; 및
    상기 제1반사미러로부터 반사된 광을 상기 마이크로미러 디바이스로 반사시키는 제2반사미러;를 포함하며,
    상기 조명광학계로부터 출사된 광축(CR)과, 상기 광축(CR)이 상기 마이크로미러 디바이스와 만나는 지점(CP)에서 상기 장축(X)과 나란한 가상의 선(X')이 이루는 각은 실질적으로 수직이며, 상기 광축(CR)과, 상기 광축(CR)이 상기 마이크로미러 디바이스에 입사되는 지점(CP)에서 상기 단축(Y)과 나란한 가상의 선(Y')은 63°~ 69°의 각을 이루며, 상기 다수의 미세구동미러 각각은 상기 기판상에 상기 장축(X)과 나란한 다수의 축을 중심으로 각각 독립적으로 회동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 광학엔진.
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  10. 삭제
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  12. 광을 출사하는 조명광학계;
    장축(X)과 단축(Y)으로 이루어진 기판상에 다수의 미세구동미러가 설치되며, 상기 다수의 미세구동미러를 제어하여 상기 조명광학계로부터 출사된 광을 영상광으로 변환시키는 마이크로미러 디바이스;
    상기 마이크로미러 디바이스로부터 생성된 영상광을 확대하여 투사하는 투사계; 및
    상기 투사계에 의해 확대된 영상광이 투사되는 스크린;을 포함하며,
    상기 조명광학계는,
    광을 생성하는 광원;
    상기 광원으로부터 생성된 광을 집속시켜 전달하는 릴레이 렌즈유닛; 및
    상기 릴레이 렌즈유닛으로부터 전달된 광을 상기 마이크로미러 디바이스로 반사시키는 반사미러유닛;을 포함하며,
    상기 반사미러유닛은
    상기 릴레이 렌즈유닛으로부터 광을 전달받아 반사시키는 제1반사미러; 및
    상기 제1반사미러로부터 반사된 광을 상기 마이크로미러 디바이스로 반사시키는 제2반사미러;를 포함하며,
    상기 조명광학계로부터 출사된 광축(CR)과, 상기 광축(CR)이 상기 마이크로미러 디바이스와 만나는 지점(CP)에서 상기 장축(X)과 나란한 가상의 선(X')이 이루는 각은 실질적으로 수직이며, 상기 광축(CR)과, 상기 광축(CR)이 상기 마이크로미러 디바이스에 입사되는 지점(CP)에서 상기 단축(Y)과 나란한 가상의 선(Y')은 63°~ 69°사이의 각도(θ)를 이루며, 상기 다수의 미세구동미러 각각은 상기 기판상에 상기 장축(X)과 나란한 다수의 축을 중심으로 각각 독립적으로 회동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
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KR20040101097A (ko) * 2003-11-08 2004-12-02 주식회사 하이소닉 미세운동부재와 영상틸팅장치 및 이를 구비한 프로젝션시스템

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