KR100710371B1 - 휴대용 프로젝터 광학시스템 - Google Patents

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KR100710371B1 KR1020050091338A KR20050091338A KR100710371B1 KR 100710371 B1 KR100710371 B1 KR 100710371B1 KR 1020050091338 A KR1020050091338 A KR 1020050091338A KR 20050091338 A KR20050091338 A KR 20050091338A KR 100710371 B1 KR100710371 B1 KR 100710371B1
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Abstract

본 발명은 휴대용 프로젝터 광학시스템에 관한 것으로 특히, 레이저 광원과 다수의 광학소자로 이루어지는 프로젝터에 있어서, 레이저 광의 스페클(speckle)을 제거하고 각 색상의 레이저 광이 균일하게 혼합될 수 있도록 하는 것으로, 제 1면과, 이 제 1면과 마주보는 제 2면을 가지는 긴 상자형의 광 투과성 부재와; 상기 부재 내부로 광이 투과되도록 상기 부재의 제 1면으로 광을 조사하는 레이저 광원과; 상기 부재의 제 1면과 그 타측의 제 2면 중 적어도 어느 한 면 위에 지지되고, 상기 레이저 광원으로부터 입사된 광을 상기 부재 내부 경로를 통과하여 상기 부재 외부로 출사시키는 적어도 하나의 광학소자와; 상기 부재의 제 1면과 그 타측의 제 2면 중 적어도 어느 한 면 위에 지지되어, 상기 레이저 광원의 간섭성을 줄이는 적어도 하나의 스페클제거부를 포함하여 구성되어, 레이저 광원이 안정화되면서 레이저 광의 스페클(speckle)이 제거된 이미지를 제공하고, 각 색상의 레이저 광이 균일하게 혼합될 수 있도록 하며, 구동 시스템을 단순화 할 수 있고, 휴대용 전화기, 다양한 형태의 프로젝터, 몸에 장착할 수 있는 디스플레이 시스템 등에 다양하게 적용될 수 있는 것이다.
레이저, 프로젝터, 스페클, 광학소자, 휴대용 전화기.

Description

휴대용 프로젝터 광학시스템{Optical system for portable projector}
도 1은 본 발명의 휴대용 프로젝터 광학시스템의 일 실시예를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 휴대용 프로젝터 광학시스템의 스페클제거부의 일 실시예를 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 휴대용 프로젝터 광학시스템의 스페클제거부의 불규칙 패턴의 일 실시예를 나타내는 사시도
도 4는 본 발명의 휴대용 프로젝터 광학시스템의 프레스넬 렌즈의 일 실시예를 나타내는 사시도
도 5는 본 발명의 휴대용 프로젝터 광학시스템의 작동을 나타내는 개략도
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
10 : 광 투과성 부재 20 : 레이저 광원
21 : 적색 레이저 22 : 녹색 레이저
23 : 청색 레이저 30 : 광학소자
31,32,33,34,35 : 프레스넬 렌즈 36,37,38 : 미러
40 : 스페클제거부 44 : 프레임
50 : 선형이동부
본 발명은 휴대용 프로젝터 광학시스템에 관한 것으로 특히, 레이저 광원과 다수의 광학소자로 이루어지는 프로젝터에 있어서, 레이저 광의 스페클(speckle)을 제거하고 각 색상의 레이저 광이 균일하게 혼합될 수 있도록 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템에 관한 것이다.
최근 여러 광원을 이용한 디스플레이 장치가 제작되고 있다. 그 중에서 레이저 광원은 폭 넓은 색온도을 가지고 있어서 디스플레이 이미지의 색상이 자연색에 가깝게 표현될 수 있는 장점을 가지고 있어서 디스플레이 분야에서 많은 적용이 시도되고 있다.
이러한 레이저를 이용한 디스플레이로서, 프로젝터 광학시스템이 유망하며 이는 휴대용 전화기, 카메라 등 다양한 소형 장치에 적용시킬 수 있어, 그 사용이 확대될 전망이다.
그러나 상기와 같이 레이저 광원을 적용함에 있어서, 레이저는 시간적, 공간적으로 같은 위상을 유지하는 간섭성(coherence)를 가지고 있기 때문에, 이를 디스플레이에 이용할 경우 스페클(speckle)이라는 현상이 발생하게 된다.
상기 스페클 현상은 레이저 광과 같은 간섭성이 있는 빛이 사물 표면에서 반사될 때 표면의 거칠기에 의하여 산란되어 한정된 개구(aperture)를 갖는 디텍터(예를 들어, 사람의 눈)에서 보게될 때 발생하는 현상이다.
즉, 상기와 같은 스페클 현상은 레이저 광이 거쳐가는 광학계의 디펙트 등에 따른 영상 또는 빔 강도 분포 변화에 의해 나타나는 얼룩과는 구분되는 현상이다.
따라서 색재현성 및 색순도가 뛰어난 고화질의 디스플레이를 구현하기 위해서는 이와 같은 스페클 노이즈를 반드시 저감시켜 주어야 한다.
종래에는 상기 스페클 노이즈를 저감시키기 위해서 빛의 경로에 광섬유(optical fiber)나 디퓨저(diffuser)를 위치시켜 사용하고 있다.
즉, 상기 광섬유를 광도파로로 사용하여, 광섬유를 길게 하거나, 광섬유에 진동을 주거나 일정하게 회전시켜 간섭성을 깨는 것이다.
그러나 상기 휴대용 프로젝터 광학시스템을 휴대 전화기 등의 장치에 구현함에 있어서, 매우 작은 크기로 구현하는 것이 매우 중요하기 때문에, 상기와 같은 스페클 제거방법은 적용에 제한이 있고, 소형의 광학 시스템에 안정적으로 적용될 수 있는 스페클 제거방법이 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저 광원과 다수의 광학소자로 이루어지는 프로젝터에 있어서, 소형화된 레이저 디스플레이 시스템의 구현이 가능하고, 광학시스템의 정렬이 용이하며 쉽게 변형되지 않고 필요에 따라 다양한 디자인을 만들어낼 수 있으며, 랜덤 페이즈 플레이트(random phase plate)를 적용한스페클 제거부를 구성함으로써, 안정화되면서 레이저 광의 스페클(speckle)이 제거된 이미지를 제공하고, 각 색상의 레이저 광이 균일하게 혼합될 수 있도록 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템을 제공하고자 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제 1면과, 이 제 1면과 마주보는 제 2면을 가지는 긴 상자형의 광 투과성 부재와; 상기 부재 내부로 광이 투과되도록 상기 부재의 제 1면으로 광을 조사하는 레이저 광원과; 상기 부재의 제 1면과 그 타측의 제 2면 중 적어도 어느 한 면 위에 지지되고, 상기 레이저 광원으로부터 입사된 광을 상기 부재 내부 경로를 통과하여 상기 부재 외부로 출사시키는 적어도 하나의 광학소자와; 상기 부재의 제 1면과 그 타측의 제 2면 중 적어도 어느 한 면 위에 지지되어, 상기 레이저 광원의 간섭성을 줄이는 적어도 하나의 스페클제거부를 포함하여 구성함으로써 달성된다.
상기 스페클제거부는 빛이 통과할 수 있으며, 패턴이 불규칙하게 배열되어 있는 플레이트를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 패턴은 레이저 광원의 상(phase)이 π 만큼 차이나도록 형성한다.
상기 패턴은 홀로그램 패턴을 이용하는 것이 바람직하며, 특히, 컴퓨터로 생성된 랜덤 패턴을 이용할 수 있다.
상기 광학소자는 회절광학소자, 홀로그램 광학소자, 미러, 마이크로 디스플레이, 스캔미러, 프레스넬 렌즈 중 적어도 어느 하나를 이용한다.
보다 구체적으로, 상기 광학소자는 상기 스페클제거부의 내측면과, 이 스페클제거부의 외측에 설치되는 프레스넬 렌즈와, 상기 스페클제거부 외측에 설치된 프레스넬 렌즈의 일측에 설치되는 마이크로 스캔미러와, 상기 부재의 제 2면에 설치되는 미러로 이루어진다.
한편, 상기 레이저 광원은 다수개이며, 각각 적색, 녹색, 청색 광을 생성하는 레이저 광원이 동일면상에 일직선으로 배열되어 설치된다.
또한, 상기 프레스넬 렌즈에는 상기 레이저 광원의 각 색상을 선택적으로 투과하고 반사하여, 각 레이저 광원의 색상을 혼합하여 백색광을 만드는 빔 스플릿 코팅을 형성함으로써, 상기 부재의 크기를 소형화할 수 있다.
상기 스페클제거부는 상기 각각의 레이저 광원이 입사되는 부분에 설치하며, 특히, 상기 부재의 제 1면에 설치되는 프레임에 모듈화되어 설치하는 것이 바람직하다.
그리하여, 상기 프레임의 일측에는 상기 프레임을 선형으로 진동시켜주는 선형이동부가 추가 구성함으로써, 상기 스페클제거부에 변위를 주어 스페클 노이즈를 더욱 효과적으로 제거할 수 있는 것이다.
상기 선형이동부는, 전자기장에 의하여 진동하는 일렉트로 마그네틱 소자를 이용하거나, 압전현상에 의하여 물질이 팽창 및 수축하여 진동하게 되는 피에조 일렉트릭 소자를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 선형이동부는, 상기 스페클제거부의 불규칙 패턴의 픽셀의 크기만큼의 변위 정도를 이동시키면 충분하나, 경우에 따라서 그보다 큰 변위를 이동시킬 수도 있다.
이 경우, 상기 스페클제거부의 크기는 상기 프레스넬 렌즈의 크기보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다 음과 같다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 휴대용 프로젝터 광학시스템은, 긴 상자형의 광 투과성 부재(10)에, 레이저 광원(20)과 광학소자(30)와 스페클제거부(40)가 설치되어, 상기 레이저 광원(20)을 혼합하여 상기 부재(10) 외측으로 출력함에 있어서, 스페클 노이즈를 제거할 수 있는 것이다.
상기 도 1에서 도시하는 바와 같이, 상기 레이저 광원(20)은 각각 적색(R: 21), 녹색(G: 22), 및 청색(B: 23)의 레이저 광을 생성하는 레이저(21, 22, 23)가 상기 부재(10)의 제 1면(11)으로 입사되도록 동일면상에 일직선으로 배열되어 설치된다.
그리고 상기 스페클제거부(40)는 상기 부재(10)의 제 1면(11)의 상기 레이저 광원(20)이 입사되는 부분에 설치되어, 상기 레이저 광원(20)의 광이 스페클제거부(40)를 통과하여 상기 부재(10)로 입사되도록 한다.
상기 스페클제거부(40)는 상기 레이저(21, 22, 23)의 개수와 동일하게 설치되며, 각각은 패턴이 불규칙하게 배열되어 있는 플레이트(41, 42, 43)를 사용하며, 특히 랜덤 페이즈 플레이트(random phase plate: RPP)를 사용하는 것이 바람직하다.
도 2에는 상기 스페클제거부(40)의 일례가 도시되어 있으며, 상기 패턴은 도 3과 같은 컴퓨터에 의하여 생성되는 홀로그램 패턴을 사용하는 것이 바람직하고, 이러한 패턴은 상기 레이저 광원(20)의 상(phase)을 π 만큼 차이나게 한다.
상기 광학소자(30)는 다양하게 조합하여 구성할 수 있으나, 본 실시예에서는 프레스넬 렌즈(31, 32, 33, 34, 35)와 미러(36, 37, 38), 및 마이크로 스캔미러(39)를 조합하여 구성한다.
즉, 상기 부재(10)의 제 1면(11)의 내측면에 상기 스페클제거부(40)의 플레이트(41, 42, 43)와 대향하도록 3개의 제1프레스넬 렌즈(31, 32, 33)를 설치하고, 그 외측에 제2프레스넬 렌즈(34)가 설치되며, 이 제2프레스넬 렌즈(34)와 치우쳐저 마주보는 부재(10)의 제 2면(12)에 또 하나의 제3프레스넬 렌즈(35)가 설치된다.
또한 상기 제1프레스넬 렌즈(31, 32, 33)와 치우쳐저 마주보는 부재(10)의 제 2면(12)에는 미러(36, 37, 38)가 설치되어, 상기 레이저 광원(20)이 제1프레스넬 렌즈(31, 32, 33)를 통해 부재(10)로 입사되어, 상기 미러(36, 37, 38)에서 반사될 수 있도록 한다.
그리고 상기 제2프레스넬 렌즈(34)의 일측에는 마이크로 스캔미러(39)가 설치되어, 이 마이크로 스캔미러(39)를 통하여 광이 출력되어 디스플레이를 구성한다.
상기 스캔미러(39)는 각각 1차원 스캔미러(1D MSM: 1 dimensional micro scan mirror)로서 1축 구동으로 이미지 디스플레이를 구현할 수 있으며, 한번에 2축을 구동하는 2차원 스캔미러(2D MSM)를 사용할 수도 있고, 이러한 경우 전체적인 크기나 구동시스템을 단순화 할 수 있는 장점이 있다.
상기 프레스넬 렌즈(31 ~ 35)에는 상기 레이저 광원(20)의 각 색상을 선택적으로 투과하고 반사하여, 각 레이저 광원(20)의 색상을 혼합하여 백색광을 만드는 빔 스플릿 코팅을 형성함으로써, 상기 부재의 크기를 소형화할 수 있다.
상기 프레스넬 렌즈(31 ~ 35)는 도 4와 같이, 선형 그레이팅(grating)이 형성되어 DOE(diffraction optical element) 소자를 구현한다. 도 4에는 동심원상의 그레이팅이 형성된 것을 도시하고 있으나, 평행한 일직선상 또는 사선상의 다양한 그레이팅이 가능하다.
그리하여 본 발명의 휴대용 프로젝터 광학시스템의 광 투과성 부재(10)를 통한 광의 경로는 도 5와 같이 구현된다.
즉, 상기 빔 스플릿 코팅은 제1프레스넬 렌즈(31, 32, 33) 중, 적색(R) 레이저 광이 입력되는 프레스넬 렌즈(32)의 내측에는 적색은 투과하고 녹색은 반사하는 코팅이 형성되고, 청색(B) 레이저 광이 입력되는 프레스넬 렌즈(33)에는 청색은 투과하고 적색과 녹색은 반사하는 코팅이 형성된다.
그리하여, 레이저(21, 22, 23)로부터 방출된 광원은 스페클제거부(40)를 통하여 스페클 노이즈가 제거되는 상태로 입사되고(엄밀하게, 레이저 광의 간섭성을 깨는 상태로), 이 입사된 광원은 상기 빔 스플릿 코팅이 형성된 제1프레스넬 렌즈(31, 32, 33)와 미러(36, 37, 38)를 거치면서 혼합되어 백색광이 형성되게 된다.
이렇게 만들어진 백색광은 제2프레스넬 렌즈(34)와 제3프레스넬 렌즈(35)를 통하여 반사되면서, 상기 마이크로 스캔밀러(39)를 통하여 부재(10)의 외부로 출력되는 것이다.
이때, 상기 프레임(44)에 모듈화된 스페클제거부(40)를 선형으로 왕복운동 하여 진동을 발생시키는 선형이동부(50)를 추가 구성하여, 레이저 광원(20)의 간섭성을 2차적으로 저하시킬 수 있다.
따라서 레이저 광원(20)에 의하여 발생하는 스페클 노이즈를 보다 완전하게 제거할 수 있는 것이다.
상기 선형이동부(50)는 상기 스페클제거부(40)를 이루는 플레이트(41, 42, 43)에 형성되는 불규칙 패턴을 이루는 하나의 픽셀 정도 크기의 변위의 진동을 가하면 충분하다.
즉, 상기와 같은 작은 변위의 진동을 줄 수 있는 어떠한 수단도 사용이 가능하나, 전기장에 의하여 진동하는 일렉트로 마그네틱 소자나, 압전현상에 의하여 팽창 및 수축하게 되어 진동하게 되는 피에조 일렉트릭 소자를 이용하는 것이 바람직하다.
도 5에서 도시하는 바와 같이, 상기 선형이동부(50)는 상기 스페클제거부(40)의 프레임(44)의 일측에 접촉하여 설치되어, 화살표 방향으로 상기 프레임(44)을 이송시킴으로써 상기와 같은 효과를 이룰 수 있는 것이다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
이상과 같은 본 발명은, 레이저 광원과 다수의 광학소자로 이루어지는 프로젝터에 있어서, 소형화된 레이저 디스플레이 시스템의 구현이 가능하고, 광학시스템의 정렬이 용이하며 쉽게 변형되지 않고 필요에 따라 다양한 디자인을 만들어낼 수 있다.
또한, 레이저 광원이 안정화되면서 레이저 광의 스페클(speckle)이 제거된 이미지를 제공하고, 각 색상의 레이저 광이 균일하게 혼합될 수 있도록 하며, 구동 시스템을 단순화 할 수 있고, 휴대용 전화기, 다양한 형태의 프로젝터, 몸에 장착할 수 있는 디스플레이 시스템 등에 다양하게 적용될 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (18)

  1. 제 1면과, 이 제 1면과 마주보는 제 2면을 가지는 광 투과성 부재와;
    상기 부재 내부로 광이 투과되도록 상기 부재의 제 1면으로 광을 조사하는 레이저 광원과;
    상기 부재에 지지되어 상기 레이저 광원으로부터 입사된 광을 상기 부재 내부 경로를 통과하여 상기 부재 외부로 출사시키는 적어도 하나 이상의 광학소자와;
    상기 부재에 지지되어 상기 레이저 광원의 간섭성을 줄이는 적어도 하나 이상의 스페클제거부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스페클제거부는 빛이 통과할 수 있으며, 패턴이 불규칙하게 배열되어 있는 플레이트인 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 패턴은 레이저 광원의 상(phase)이 π 만큼 차이나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 패턴은 홀로그램 패턴인 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광학소자는 회절광학소자, 홀로그램 광학소자, 미러, 마이크로 디스플레이, 스캔미러, 프레스넬 렌즈 중 어느 하나 또는 둘 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 광학소자는 상기 스페클제거부의 내측면과, 이 스페클제거부의 외측에 설치되는 프레스넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 스페클제거부 외측에 설치된 프레스넬 렌즈의 일측에는 마이크로 스캔미러가 설치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 프레스넬 렌즈에는 상기 레이저 광원의 색상을 선택적으로 투과하고 반사하여, 각 레이저 광원의 색상을 혼합하여 백색광을 만드는 빔 스플릿 코팅이 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 프레스넬 렌즈에는 선형 그레이팅이 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 스페클제거부는 상기 프레스넬 렌즈보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 광학소자는 상기 부재의 제 2면에 설치되는 미러인 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 광원은 다수개이며, 각각 적색, 녹색, 청색 광을 생성하는 레이저 광원이 동일면상에 일직선으로 배열되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 스페클제거부는 상기 각각의 레이저 광원이 입사되는 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 스페클제거부는 상기 부재의 제 1면에 설치되는 프레임에 모듈화되어 설치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 프레임의 일측에는 상기 프레임을 선형으로 진동시켜주는 선형이동부가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 선형이동부는, 전자기장에 의하여 진동하는 일렉트로 마그네틱 소자를 이용하는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 선형이동부는, 압전현상에 의하여 물질이 팽창 및 수축하여 진동하게 되는 피에조 일렉트릭 소자를 이용하는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 선형이동부는, 상기 스페클제거부의 불규칙 패턴의 픽셀의 크기 이상의 변위를 진동시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 프로젝터 광학시스템.
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