KR100748068B1 - 광학 소자 및 투사 시스템 - Google Patents

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Abstract

광원으로부터의 입사광을 첫 번째 선형의(linear) 편광 방향을 갖는 투과광 및 상기 광원에 면하는 쪽 상의 상기 첫 번째 편광 방향에 직교하는 두 번째 선형의 편광 방향을 갖는 반사광으로 분리하기 위한 광학 소자의 광학 기본 축을 가로질러 연장하는 행 안에 배열된 편광-분리 멤버를 포함하며,
상기 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축에 일정한 각도로 연장하는 면(faces)을 가지며, 각 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축의 방향으로의 두께 및 상기 광학 기본 축을 가로지르는 방향으로의 폭을 가지며, 상기 광학 소자에는 상기 첫 번째 또는 상기 두 번째 편광 방향을 상기 두 번째 또는 상기 첫 번째 편광 방향으로 변환하기 위해 상기 광원으로부터 먼 상기 편광-분리 멤버의 쪽에 위치하는 편광-분리 멤버가 추가적으로 제공되는, 편광 방향을 분리하고 변환하기에 적합한 광학 소자. 상기 광학 기본 축에 근접하여 배열된 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축으로부터 떨어져 있는 편광-분리 멤버의 폭과는 서로 다른 폭을 갖는다. 상기 광학 기본 축에 근접하여 배열된 상기 편광-분리 멤버의 광학축 사이의 간격 띄우기(spacing)는 상기 광학 기본 축으로부터 떨어져 있는 상기 편광-분리 멤버의 광학축 사이의 간격 띄우기와는 서로 다르다.

Description

광학 소자 및 투사 시스템{OPTICAL ELEMENT AND PROJECTION SYSTEM}
본 발명은 편광 방향을 분리하고 변환하기에 적합한 광학 소자에 관한 것으로, 상기 광학 소자는 광원(light source)으로부터의 입사광(incident light)을 첫 번째 선형의(linear) 편광(polarization) 방향을 갖는 투과광(transmissive light) 및 상기 광원에 면하는(facing) 쪽(side)에서 첫 번째 편광 방향과 직교하는 두 번째 선형의 편광 방향을 갖는 반사광으로 분리하기 위한 광학 소자의 광학 기본(principal) 축을 가로질러 연장하는 하나의 행으로 배열된 편광-분리 멤버(polarization-separating members)를 포함하며, 상기 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축에서 일정한 각도로 연장하는 면을 가지며, 각 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축의 방향으로의 두께 및 상기 광학 기본 축을 가로지르는 방향으로의 폭을 가지며, 상기 광학 소자에는 상기 첫 번째 또는 상기 두 번째 편광 방향을 상기 두 번째 또는 상기 첫 번째 편광 방향으로 변환하기 위해 상기 광원으로부터 먼 상기 편광-분리 멤버의 쪽 에 위치한 편광-변환 멤버가 더 제공된다.
본 발명은 또한 투사 시스템에 관한 것이다.
미국 특허 US-A-5,764,412로부터 알려진, 그러한 광학 소자에서, 병렬로 놓여진(juxtaposed) 편광-분리 멤버의 입사광의, 광학 기본 축에 평행하게 연장하는, 광학 축은 규칙적으로 멀리 떨어져 일정한 간격을 유지한다. 광학 기본 축으로부터 떨어져 일정한 간격을 유지하면서, 편광-분리 멤버는 이 축의 양쪽에 위치하며, 상기 편광-분리 멤버는 광원으로부터 먼 쪽에서, 편광-분리 멤버의 (빠져)나가는(exiting) 광의 광학 축이 입사광의 광학 축 만큼 똑같이 떨어져 있는 것을 확실히 하기 위해, 다른 편광-분리 멤버의 폭의 두 배의 폭을 갖는다.
상기 알려진 광학 소자의 단점은 광학 축을 따라 평행하게 연장하는, 규칙적인 간격으로 병렬로 놓인 입사광 빔을 분리하고 변환하기에만 적합하여, 상기 광 빔이 서로 다른 거리만큼 떨어져 있는 애플리케이션에 대해서는 적합하지 않게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 광학 소자(element)의 첫 번째 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 광학 소자의 두 번째 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 광학 소자의 세 번째 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 광학 소자의 네 번째 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 과학 소자의 다섯 번째 실시예를 도시한 도면.
상기 도면에서 대응하는 구성 부품은 같은 참조 번호를 지닌다.
본 발명의 목적은 상기 알려진 광학 소자의 단점이 미연에 방지되는(obviated) 광학 소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 광학 소자에서, 상기 목적은, 상기 광학 기본 축에 근접하여(proximate) 위치한 편광-분리 멤버가 상기 광학 기본 축으로부터 떨어져 있는 편광-분리 멤버와는 서로 다른 폭을 가지며, 상기 광학 기본 축에 근접하여 위치한 편광-분리 멤버의 광학 축은 상기 광학 기본 축으로부터 떨어져 있는(spacing) 편광-분리 멤버의 광학 축과는 서로 다른 거리에 서로로부터 위치한다는 점에서 성취된다.
상기 편광-분리 멤버의 폭은 입사광 빔의 광학축 사이의 목표된(desired) 상호(mutual) 거리에 적응된다. 이런 식으로, 광학 소자는 그 중에서도 특히(inter alia), 광원, 광 변조 패널 및 두 개의 삽입된(interpositioned) 집적기 플레이트(integrator plate)가 제공되고, 상기 광원으로부터 나와 상기 집적기 플레이트로부터 (빠져)나가는 광 빔은 서로 다른 거리로 떨어져서 있는, LCD 투사기(projector)에서 사용하기에 적합하다.
본 발명에 따른 광학 소자의 일 실시예는 광학 기본 축에 근접하여 위치한 편광-분리 멤버가 광학 기본 축으로부터 떨어져 있는 편광-분리 멤버보다 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
그러한 광학 소자는 그 중에서도 특히, 상기 언급된 LCD 투사기에서 사용하기에 적합하며, 상기 LCD 투사기에서, 광학 기본 축으로부터 먼 쪽에서 들어오는 광 빔은 광학 기본 축에 가장 가까운 광 빔 보다 더 가깝게 같이 위치한다.
본 발명에 따른 광학 소자의 부가적(further) 실시예는 광학 기본 축에 근접하여 위치한 편광-분리 멤버가 광학 기본 축으로부터 떨어져 있는 편광-분리 멤버 보다 더 큰 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
주어진 폭으로 목표된, 각 편광-분리 멤버의 두께는 이렇게(thus) 결정될 수 있으므로, 광학 소자를 제작하는데 최소량의 광학 물질로 충분하다.
본 발명에 따른 광학 소자의 또 다른 실시예는 모든 편광-분리 멤버가 동일한 두께를 가진다는 것에 있다.
광원에 면한 쪽 및 상기 광원으로부터 먼 쪽 모두는 이리하여 쉽게 처리될 수 있어서, 평면 표면(plane surface)을 형성한다.
본 발명에 따른 광학 소자의 더욱(still) 또 다른 실시예는 모든 편광-분리 멤버가 광원에 면하는 쪽에서 동일한 평면인 것을 특징으로 한다.
그러한 광학 소자는 예를 들면, 광원과 광학 소자 사이에 위치한 집적기 플레이트에 쉽게 고착될(secured) 수 있다.
본 발명에 따른 광학 소자의 부가적 실시예는 광학 기본 축의 양쪽에 위치한 편광-분리 멤버가 광원으로부터 먼 쪽에서 서로 교차하는(intersecting) 면에서 각자 나란히 연장한다.
이런 식으로, 편광-분리 멤버를 관통해 지나가는 반사광은 같거나 더 큰 폭 및/또는 두께를 갖는 멤버 상으로 입사한다.
본 발명의 이러한 그리고 그 밖의 양상은 이 후에 설명되는 실시예를 참조하여 뚜렷하고 명료해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광학 소자(1)를 도시한 것으로, 행(row)으로 배열된 복수의 편광-분리 멤버(polarization-separating members)(2)가 제공되며, 상기 행은 상기 광학 소자(1)의 광학 기본 축(3)을 가로질러 연장한다. 각 편광-분리 멤버(2)는 두 개의 광 투과성 구성 부품(components)(4,5)을 포함하는데, 상기 광 투과성 구성 부품(4,5)은 상기 광학 축(3)에 45°의 각도로 연장하는 면(face)(6)을 따라 함께 연결된다. 상기 면(6)은 편광의 방향(S)으로 광을 투과시켜서 편광의 방향(P)으로 광을 반사시키는 필터를 가진다. 상기 광 구성 부품(4)에는 이를테면, 예를 들어 광원(미도시)으로부터 먼 쪽에서, 1/2λ포일(foil)인, 편광-변환(converting) 멤버(7)가 제공되는데, 상기 편광-변환 멤버(7)로 광 구성 부품(4)으로부터 (빠져)나가는(exiting) 광의 편광 방향이 상기 편광 방향(S)으로부터 편광 방향(P)으로 변환된다.
상기 광원에 면한(facing) 쪽 또는 반대편 면(10) 에서, 상기 광학 구성 부품(4)은 불투명한(opaque) 층 또는 첫 번째 편광 방향으로 반사하는 층 및 두 번째 편광 방향으로 투과하는 층을 지닌다.
상기 구성 부품(5)은 면(8)을 거쳐, 상기 구성 부품(5) 옆에 배열된 편광-분리 멤버(2)의 구성 부품(4)에 연결되는데, 상기 면(8)은 편광 방향(P)으로 반사하는 층을 갖는다.
도 1의 광학 소자(1)에서, 편광-분리 멤버(2)는 광학 기본 축(3) 양쪽에서 양쪽 대칭인(mirrored) 구성으로 배열되며, 상기 인터페이스(6,8)는 광원에 면한 쪽에서 서로 교차하는 면을 따라 연장한다.
도 1로부터 명확한 바와 같이, 광학 축(3)에 가장 가까운 상기 편광-분리 멤버(2)의 광학 구성 부품(4,5)은 폭(B1) 및 두께(D1)를 가지며, 반면에 광학 축(3)으로부터 멀리 떨어진 편광-분리 멤버(2)는 각각 상기 폭(B1) 및 두께(D1) 보다 작은 폭(B2) 및 두께(D2)를 가진 광학 구성 부품(4,5)을 가진다. 폭(B1) 및 두께(D2)를 가진 광학 구성 부품(3')은 폭(B1) 및 두께(D1)의 편광-분리 멤버(2)와 폭(B2) 및 두께(D2)의 편광-분리 멤버 사이에 위치한다.
구성 부품(3') 옆에 위치한 폭(B1)의 구성 부품(5)은 광원으로부터 먼 쪽에서 구성 부품(3') 너머로 부분적으로 투사한다. 구성 부품(3')에 더 큰 폭을 줌으로써, 구성 부품(3')으로부터 (빠져)나가는 광 빔이 얻어지는데, 이 광은 병렬로 놓인 구성 부품(5)으로부터 (빠져)나가는 광 빔과 같은 폭(B1)을 갖는다.
더 작은 폭(B2)으로 인해, 광학 소자(1)의 바깥쪽에 위치한 편광-분리 멤버(2)의 광학 축(9)은 광학 기본 축(3)에 근접하여 위치한 편광-분리 멤버(2)의 광학 축(9) 보다 더 가깝게 같이 위치한다.
도 1에 도시된 광학 소자(1)에서, 광원에 면하는 쪽은 광학 소자(1)가 예를 들면 집적기 플레이트와 같은 또 다른 광학 구성 부품에 쉽게 고착될 수 있도록 전체적으로 평평(flat)하다.
광원으로부터 나오고 편광-분리 멤버(2)에 입사하는, 광학 축(9)을 지닌 편광되지 않은 광 빔은 면(6)에서 편광 방향(S)을 갖는 투과광과, 편광 방향(P)을 갖고 90°로 굴절된(deflected) 반사광으로 분리된다. 편광 방향(S)을 갖는 투과광은 편광-변환 멤버(7)에 의해 편광 방향(P)을 갖는 광으로 변환된다. 면(6)에 의해 반사된 광은 인터페이스(8)에서 다시 90°로 굴절되어 바뀌지 않은 편향 방향(P)을 갖고 광학 구성 부품(5)을 떠난다.
물론, 광 빔을 이런 식으로 편광 방향(S)을 갖는 광으로 변환하는 것 또한 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 소자(11)의 또 다른 실시예를 도시하는데, 이는 폭(B2) 및 두께(D2)를 갖는 편광-분리 멤버(2)가 폭(B1) 및 두께(D1)를 갖는 편광-분리 멤버에 직접 연결된다는 점에서 광학 소자(1)와는 서로 다르다. 게다가, 광학 구성 부품(4,5)은 광원으로부터 먼 쪽에서 동일 평면이다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 소자의 부가적 실시예(21)를 도시하는데, 인터페이스(26)에 의해서 분리되고 병렬로 놓여진 편광-분리 멤버(22)에 인터페이스(28)에 의해 연결된 광학 구성 부품(24,25)을 지닌 편광-분리 멤버(22)가 제공된다. 인터페이스(26,28)에는 면(6,8)과 같은 물질이 제공된다. 광학 구성 부품(24)에는 광원으로부터 먼 쪽에 편광-변환 멤버(27)가 제공되는데, 상기 멤버는 편광-변환 멤버(7)와 대응한다. 편광-분리 멤버(22)와 편광-분리 멤버(2) 사이의 차이는 광학 기본 축(3)의 양쪽에 위치한 편광-분리 멤버(22)의 인터페이스(26,28)가 광원으로부터 먼 쪽에서 서로 교차하여, 더 우수한 광 분배가 광학 기본 축(3) 둘레에서 얻어진다는 것이다.
광학 축(3)에 근접하여 위치한 편광-분리 멤버(22)는 광학 축(3)으로부터 떨어져 있는 편광-분리 멤버(22)의 폭(B2) 및 두께(D2) 보다 더 큰 폭(B1) 및 두께(D1)를 갖는다. 광학 기본 축의 양쪽에서, 폭(B1) 및 두께(D2)를 갖는 구성 부품(24')은 이들 두 개의 편광-분리 멤버(22) 사이에 위치한다. 광학 구성 부품(24,25)은 광원으로부터 먼 쪽에서 동일한 평면에 있다.
도 4는 본 발명에 따른 광학 소자(31)의 부가적 실시예를 도시하는데, 이는 광학 구성 부품(24,25)이 광원에 면하는 쪽에서 동일한 평면에 있다는 점과, 한편으로, 더욱이 광학 구성 부품(24')이 없다는 점에서, 도 4에 도시된 광학 소자(21)와는 서로 다르다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 소자(41)의 부가적 실시예를 도시하는데, 여기서, 모든 광학 구성 부품(24,25)은 같은 두께(D1)를 가지는 한편, B1은 광학 기본 축(3)에 근접하여 위치한 구성 부품(24,25)의 폭이며, B2는 광학 기본 축(3)으로부터 먼 구성 부품(24,25)의 폭이다. 그러한 광학 소자(41)는 상대적으로 쉬운 방식으로 제작될 수 있다.
광학 소자(1,11,21,31 또는 41)의 선택은 예를 들면, 광원에 면하는 면이 평평하거나, 광원으로부터 먼 쪽의 면이 평평한 면을 필요로 하는 필요한 애플리케이션에 의존한다.
본 발명에 따른 광학 소자는 그 중에서도 특히, 광원, 광 변조 패널 및 두 개의 삽입된 집적기 플레이트가 제공되는 LCD 투사기에서 사용하기에 적합하며, 상기 투사기에서 광학 기본 축(3)에 가장 가까운 집적기 플레이트로부터 (빠져)나가는 광 빔은 광학 기본 축(3)으로부터 떨어져 있는 광 빔 보다 더 멀리 떨어져 일정한 간격을 유지한다.
두 개의 서로 다른 폭(B1,B2)을 갖는 편광-분리 멤버 대신에 더 많은 서로 다른 폭을 갖는 편광-분리 멤버를 사용하는 것 또한 물론 가능하다.
편광-분리 멤버(21)가, 방사(radial) 방향으로 감소하는 편광-분리 멤버의 폭으로, 광학 축(3) 둘레에서 원형으로 연장하는 것이 선택적으로 가능하다.
인터페이스(6,8,26,28)가 기본 축(3)의 양쪽에서 서로에게 평행하게 연장하는 것이 선택적으로 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 편광 방향을 분리하고 변환하기에 적합한 광학 소자 및 투사 시스템에 이용된다.

Claims (10)

  1. 편광 방향을 분리하고 변환하기에 적합한 광학 소자로서,
    광원(light source)으로부터의 입사광을 첫 번째 선형의(linear) 편광 방향을 갖는 투과광 및 상기 광원에 면하는 쪽에서 상기 첫 번째 편광 방향과 직교하는 두 번째 선형의 편광 방향을 갖는 반사광으로 분리하기 위해, 광학 소자의 광학 기본 축을 가로질러 연장하는 하나의 행(row)으로 배열되고 광학 기본 축(optical principal axis)에 근접하여 위치하는 편광-분리 멤버와 광학 기본 축으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 편광-분리 멤버를 포함하는, 편광-분리 멤버(polarization-separating members)를 포함하며,
    상기 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축에 일정한 각도로 연장하는 면(faces)을 가지고, 각 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축의 방향으로의 두께 및 상기 광학 기본 축을 가로지르는 방향으로의 폭을 가지며, 상기 광학 소자에는 상기 첫 번째 또는 두 번째 편광 방향을 상기 두 번째 또는 상기 첫 번째 편광 방향으로 변환하기 위해 상기 광원으로부터 먼 상기 편광-분리 멤버 쪽에 위치하는 편광-변환 멤버가 추가적으로 제공되고,
    광학 기본 축에 근접하여 위치한 상기 편광-분리 멤버는, 상기 광학 기본 축으로부터 간격을 두고 떨어져 있는(spacing) 상기 편광-분리 멤버와는 서로 다른 폭을 가지고, 상기 광학 기본 축에 근접하여 위치한 상기 편광-분리 멤버의 광학 축은 상기 광학 기본 축으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 상기 편광-분리 멤버의 광학 축과는 서로로부터 다른 거리에 위치하며, 상기 광학 기본 축에 근접하여 위치하는 상기 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 편광-분리 멤버보다 큰 두께를 가지는, 광학 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 기본 축에 근접하여 위치하는 상기 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 상기 편광-분리 멤버 보다 더 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는, 광학 소자.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 모든 편광-분리 멤버는 같은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 광학 소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 첫 번째 편광-분리 멤버의 폭과 동등한 폭 및 상기 두 번째 편광 멤버의 두께와 동등한 두께를 갖는 적어도 세 번째 편광-분리 멤버는 상기 광학 기본 축에 근접하여 위치하고 상대적으로 큰 폭 및 두께를 갖는 첫 번째 편광-분리 멤버와, 상기 광학 기본 축으로부터 떨어져 일정한 간격을 유지하고 상대적으로 작은 폭 및 두께를 갖는 두 번째 편광-분리 멤버 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 광학 소자.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 모든 편광-분리 멤버는 상기 광원에 면하는 쪽에서 동일 평면에 있는 것을 특징으로 하는, 광학 소자.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 모든 편광-분리 멤버는 상기 광원으로부터 먼 쪽에서 동일 평면에 있는 것을 특징으로 하는, 광학 소자.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 기본 축의 양쪽에 위치한 상기 편광-분리 멤버는 상기 광원으로부터 먼 쪽에서 서로 교차하는 면에서 서로 나란히 연장하는 것을 특징으로 하는, 광학 소자.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 기본 축의 양쪽에 위치한 상기 편광-분리 멤버는 상기 광원에 면하는 쪽에서 서로 교차하는 면에서 서로 나란히 연장하는 것을 특징으로 하는, 광학 소자.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 바와 같이, 광원, 광 변조 패널, 및 상기 광원과 상기 광 변조 패널 사이에 위치한 광학 소자가, 제공되는 투사(projection) 시스템.
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