KR100777907B1

KR100777907B1 - 칼라 영상투사장치의 조명광학계

Info

Publication number: KR100777907B1
Application number: KR1020050045753A
Authority: KR
Inventors: 엄기태
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2007-11-20
Also published as: KR20060124034A

Abstract

본 발명은 영상투사장치의 조명광학계를 개시한 것으로, 구동모터에 의해 회전 구동하도록 설치된 회전휠에 적(R), 녹(G), 청(B)의 칼라 광빔을 생성 출사하는 LED를 균등한 간격으로 배치하고, 그 LED에서 각각 출사되는 칼라 광빔을 화상생성수단에 인가되는 영상신호와 동기화된 신호에 따라 단일 로드렌즈가 교번적으로 집속하여 입사시켜 줌으로써 칼라 영상을 구현할 수 있는 구성을 가진다. 이러한 구성에 의하면, 기존의 광효율 저하 요소인 색혼합 광학계를 배제시켜 광효율을 보다 향상시킴에 따라 영상광의 밝기와 칼라의 선명도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 장수명화 및 소형화에 보다 유효한 영상투사장치 및 그 조명광학계를 제공할 수 있다.

투사장치, 프로젝터, 광원, 조명광학계, 발광다이오드(LED), 회전휠

Description

칼라 영상투사장치의 조명광학계{Optical light source for a color image projector}

도 1 및 도 2는 각각 종래 칼라 영상투사장치의 조명광학계를 도시해 보인 개략적 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 칼라 영상투사장치의 조명광학계를 도시해 보인 개략적 구성도,

도 4는 도 3의 회전휠을 발췌하여 도시해 보인 개략적 평면도,

도 5는 도 3의 광원과 집광렌즈를 발췌하여 도시해 보인 개략적 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11, 12, 13...LED 광원 100...조명광학계

101...구동모터 110...회전휠

120...집광렌즈 130...로드렌즈

200...화상생성수단 150...투사렌즈 유니트

본 발명은 프로젝션 텔레비젼 세트나 프로젝터 등과 같은 영상투사장치에 관 한 것으로서, 보다 상세하게는 LED(Light Emitting Diode)나 LD(Laser Diode)와 같은 발광소자를 광원으로 이용하는 칼라 영상투사장치의 조명광학계에 관한 것이다.

예컨대, DMD(Digital Mirror Device)나 액정표시소자(LCD) 등과 같은 화상생성수단에 의해 생성한 화상을 별도의 광원을 이용하여 스크린에 투사함으로써 원하는 영상정보를 대화면에 디스플레이하는 프로젝션 텔레비젼 세트나 프로젝터 등과 같은 영상투사장치는 광원과 집광렌즈를 구비한 조명광학계가 화질에 큰 영향을 미친다. 통상, 영상투사장치의 조명광학계에 사용되는 광원은 예컨대, 수은램프나 메탈할라이드램프, 크세논램프 등과 같은 고압 방전램프가 주로 이용되고 있다.

그러나, 최근에는 밝기가 획기적으로 향상되고 있는 발광다이오드(이하, LED; Light Emitting Diode)를 손전등이나 신호등과 같은 간단한 조명장치와 자동차 조명장치의 광원으로 이용함은 물론, 영상투사장치의 조명 광원으로까지 확대 적용하고자 하는 시도가 활발하게 진행되고 있다. 이와 같은 LED 광원는 방전램프에 비하여 색재현성이 뛰어나며, 특히 장수명화와 소형화에 유리하여 휴대가 간편한 모바일(mobile) 영상투사장치의 구현이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

상기한 바와 같은 LED를 광원으로 이용하여 소형화와 장수명화를 도모한 종래 칼라 영상투사장치의 조명광학계는 도 1에 도시된 바와 같이, 광원으로서 각각 적(R), 녹(G), 청(B)색의 칼라 광빔을 출사하는 LED(11)(12)(13)와, 상기 LED(11)(12)(13)로부터 각각 출사된 칼라 광빔을 집속하여 발산각도를 축소시킨 상태로 출사시켜 주도록 깔때기형 형상구조를 가지는 복수의 집광렌즈(20)와, 상기 집광렌즈(20)로부터 각각 출사되는 광빔의 특정 편광성분의 광빔을 선택적으로 반 사 및/또는 투과시켜 주기 위한 색혼합 광학수단으로서의 X-큐브 프리즘(30) 및 상기 X-큐브 프리즘(30)에 의해 경로 변경된 편광빔을 집속 및 발산 또는 반사시켜 균일광으로 혼합시켜 주기 위한 광혼합수단으로서의 로드렌즈(40)를 포함하여 구성된다. 여기서, 도면의 참조부호 10은 상기 LED(11)(12)(13)와 집광렌즈(20)를 각각 탑재하여 광원 패키지를 형성하기 위한 기판을 나타낸다.

한편, 도 2는 종래의 다른 칼라 영상투사장치의 조명광학계를 예시해 보인 것으로서, 상기 색혼합 광학수단과 광혼합수단을 각각 대역투과 필터(Band pass filter; 50) 및 라이트 터널(light tunnel; 60)로 대체한 구성을 가지는 것이다. 여기서, 앞서 도시된 도면의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를나타낸다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 종래 칼라 영상투사장치의 조명광학계에 따르면, 상기 LED(11)(12)(13)로부터 각각 출사되는 광빔은 비교적 입사각도가 큰 무편광 상태이므로, 상기 X-큐브 프리즘(30)과 대역투과 필터(Band pass filter; 50)에서 투과/반사율이 떨어지게 되어 손실광이 증가하게 됨에 따라 조명 광효율이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 칼라 영상투사장치의 조명광학계가 지니는 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 색혼합 광학수단의 배제에 의해 손실광을 억제시켜 광효율을 보다 향상시킨 칼라 영상투사장치의 조명광학계를 제공하고자 하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 상기한 목적을 달성하기 위한 조명광학계를 이용하여 광효율 향상에 의한 화질 개선과 장수명화 및 소형화에 보다 유효한 칼라 영상투사장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 칼라 영상투사장치의 조명광학계는, 구동원과; 상기 구동원에 의해 회전 구동하도록 설치된 회전휠과; 상기 회전휠의 편면에 균등한 간격으로 배치되어 서로 다른 파장대의 칼라광을 각각 생성하여 출사하는 복수의 발광소자와; 상기 복수의 발광소자가 교번하여 어느 하나가 동축상에 위치정렬되도록 상기 발광소자의 광출사측에 배치되어 동축상으로 위치정렬된 발광소자로부터 출사된 칼라광을 집속하여 화상생성수단으로 전달하기 위한 광학수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 칼라 영상투사장치는, 조명광학계로부터 출사되는 조명광을 이용하여 영상광을 생성하는 화상생성수단과, 그 화상생성수단에 의해 생성된 영상광을 스크린에 확대 투사시켜 주기 위한 투사광학계를 포함하는 칼라 영상투사장치에 있어서, 상기 조명광학계는, 구동원과; 상기 구동원에 의해 회전 구동하도록 설치된 회전휠과; 상기 회전휠의 편면에 균등한 간격으로 배치되어 서로 다른 파장대의 칼라광을 각각 생성하여 출사하는 복수의 발광소자와; 상기 복수의 발광소자가 교번하여 어느 하나가 동축상에 위치정렬되도록 상기 발광소자의 광출사측에 배치되어 동축상으로 위치정렬된 발광소자로부터 출사된 칼라광을 집속하여 화상생성수단으로 전달하기 위한 광학수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 칼라 영상투사장치 및 그 조명광학계에 있어서, 상기 회전휠은 상기 화상생성수단에 인가되는 영상구현 신호와 동기화되어 소정 간격의 스텝 단위로 회전 구동하도록 제어된다.

본 발명에 따르면, 상기 광학수단은 로드렌즈가 설치되는 것이 바람직하며, 상기 발광소자의 광출사측에는 출사광의 발산각도를 축소시킨 상태로 상기 로드렌즈에 입사시켜 주기 위한 집광렌즈가 구비되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 발광소자는 각각 적색광과 녹색광 및 청색광을 생성 출사하는 3개의 LED와 LD중에서 선택된 어느 하나의 종류가 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 발광소자는 각각 적색광과 녹색광 및 청색광을 생성 출사하는 복수쌍의 LED와 LD중에서 선택된 어느 하나의 종류가 서로 균등한 간격을 이루며 교번적으로 배치되도록 설치될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼라 영상투사장치 및 그 조명광학계를 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 칼라 영상투사장치 및 그 조명광학계(100)는, 구동모터(101)에 의해 회전 구동하도록 설치된 회전휠(110)에 적(R), 녹(G), 청(B)의 칼라 광빔을 생성 출사하는 LED(11)(12)(13)를 균등한 간격으로 배치하고, 상기 LED(11)(12)(13)에서 각각 출사된 칼라 광빔을 단일 로드렌즈(130)가 교번적으로 집속하여 DMD나 LCD 등과 같은 화상생성수단(200)에 조명광으로 입사시켜 칼라 영상광을 생성하도록 구성된 점에 특징이 있다.

상기한 바와 같은 구성은 기존 영상투사장치의 조명광학계에서 광효율 저하 요소인 X-큐브 프리즘이나 대역투과 필터와 같은 색혼합 광학계를 배제시킨 구성으로서, 광 이용 효율을 보다 향상시킬 수 있는 구성적 특징을 가지는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 회전휠(120)은 메인 콘트롤러(C)의 제어에 의해 상기 화상생성수단(200)에 인가되는 영상구현 신호와 동기화되어 소정 간격의 스텝 단위로 회전 구동하도록 제어된다.

따라서, 상기 LED(11)(12)(13)는 교번하여 어느 하나가 상기 로드렌즈(130)와 동축상으로 배치되도록 위치정렬이 가능하게 된다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 회전휠(110)에는 적색광과 녹색광 및 청색광을 생성 출사하는 레이저 다이오드(이하, LD)가 광원으로 구비될 수 있다.

다른 한편으로는, 상기 LED(11)(12)(13) 또는 LD(미도시)는 4개 또는 6개 이상이 균등한 간격을 이루며 교번적으로 배치될 수도 있다.

한편, 상기 LED(11)(12)(13)의 광출사측에는 각각 도 5에 도시된 바와 같이 깔때기형 형상구조를 가지는 집광렌즈(120)가 구비된다. 여기서, 도면의 참조부호 10은 상기 LED(11)(12)(13)와 집광렌즈(120)를 각각 탑재하여 광원 패키지를 형성하기 위한 기판을 나타낸다.

상기 집광렌즈(120)는 도시된 바와 같이 광입사측에서 광출사측으로 외경이 점차 확장 경사지게 형성된 깔때기형 또는 테이퍼진 원기둥형상을 가지도록 형성됨에 따라 광출사면이 광입사면보다 넓게 형성되어 있다. 이러한 형상 구조에 의해 상기 집광렌즈(120)는 상기 LED(11)(12)(13)로부터 출사된 출사광을 집속하여 발산각도를 축소시킨 상태로 상기 로드렌즈(130)에 입사시켜 줌으로써 손실광을 최소한으로 억제시켜 광효율을 보다 향상시킬 수 있도록 기능하게 된다.

상기 로드렌즈(130)는 상기 집광렌즈(120)로부터 입사되는 광빔을 집속 및 발산 또는 반사작용에 의해 균일광으로 혼합시켜 상기 화상생성수단(200)에 조명광으로 입사시켜 주게 된다. 이로써, 상기 화상생성수단(200)에 의해 생성된 칼라 영상은 투사렌즈 유니트(300)에 의해 스크린에 확대 투사되어 원하는 영상을 디스플레이할 수 있게 된다.

이하에서는, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 칼라 영상투사장치 및 그 조명광학계(100)의 작용에 대하여 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명한다.

먼저, 영상투사장치의 구동 조작에 따라 메인 콘트롤러(C)의 제어에 의해 상기 회전휠(110)이 구동하게 된다. 이때, 상기 회전휠(110)은 상기 화상생성수단(200)에 인가되는 영상구현 신호와 동기화되어 소정 간격의 스텝 단위로 회전 구동하도록 제어된다. 이로써, 상기 LED(11)(12)(13)는 교번하여 어느 하나가 상기 로드렌즈(130)와 동축상으로 배치되도록 위치정렬하게 된다. 즉, 상기 화상생성수단(200)에 적색 신호가 인가되는 동안에는 적색 광빔을 출사하는 LED(11)가 상기 로드렌즈(130)의 광입사면에 근접된 상태로 동축상에 배치되도록 위치 결정된다. 그리고, 상기 화상생성수단(200)에 녹색 신호가 인가되는 동안에는 녹색 광빔을 출사하는 LED(12)가 상기 로드렌즈(130)의 광입사면에 근접된 상태로 동축상에 배치되도록 위치 결정된다. 또한, 청색 신호의 인가시에는 청색 광빔을 출사하는 LED(13)가 상기 로드렌즈(130)의 광입사면에 근접된 상태로 동축상에 배치되도록 위치 결정된다.

한편, 각 칼라에 대응하는 신호가 인가되는 사이에 칼라광이 변경되는 동안에는 신호가 인가되지 않는 변환시간(spoke time)을 가지게 된다.

따라서, 상기한 변환시간 동안에 상기 회전휠(110)을 스텝 회전 구동시킴으로써, 인가되는 칼라 영상신호와 일치되는 칼라 광빔을 생성 출사하는 LED가 상기 로드렌즈(130)와 동축상으로 배치된다. 이때, 전원 인가에 의해 상기 LED가 해당 칼라의 광빔을 출사함에 따라 상기 로드렌즈(130)는 상기 집광렌즈(120)로부터 입사되는 광빔을 집속 및 발산 또는 반사에 의해 균일광으로 혼합시켜 상기 화상생성수단(200)에 입사시켜 주게 된다. 상기 화상생성수단(200)은 입사된 조명광을 이용하여 칼라 영상광을 생성하고, 그 영상광을 투사렌즈 유니트(300)가 스크린에 확대 투사시킴으로써 원하는 영상이 디스플레이된다.

따라서, 상술한 바와 같은 구성과 작용을 하게 되는 본 발명에 의한 영상투사장치 및 그 조명광학계는 광효율 저하 요소인 X-큐브 프리즘이나 대역투과 필터와 같은 기존의 색혼합 광학계를 배제시킨 구성에 의해 광효율을 보다 향상시킨 상태에서 칼라 영상 구현이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 영상투사장치 및 조명광학계에 따르면, 기존 조명광학계에 구비되는 색혼합 광학수단의 배제에 의해 손실광을 억 제시켜 광효율을 보다 향상시킬 수 있으며, 광효율 향상에 따라 화질 개선과 장수명화 및 소형화에 보다 유효한 효과를 얻을 수가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하다.

Claims

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조명광학계로부터 출사되는 조명광을 이용하여 영상광을 생성하는 화상생성수단과, 그 화상생성수단에 의해 생성된 영상광을 스크린에 확대 투사시켜 주기 위한 투사광학계를 포함하는 칼라 영상투사장치에 있어서, 상기 조명광학계는,

구동원과;

상기 구동원에 의해 회전 구동하도록 설치된 회전휠과;

상기 회전휠의 편면에 균등한 간격으로 배치되어 서로 다른 파장대의 칼라광을 각각 생성하여 출사하는 복수의 발광소자와;

상기 복수의 발광소자가 교번하여 어느 하나가 동축상에 위치정렬되도록 상기 발광소자의 광출사측에 배치되어 동축상으로 위치정렬된 발광소자로부터 출사된 칼라광을 집속하여 화상생성수단으로 전달하기 위한 광학수단;을 포함하고,

상기 회전휠은 상기 화상생성수단에 인가되는 영상구현 신호와 동기화되어 소정 간격의 스텝 단위로 회전 구동하며,

상기 광학수단은 로드렌즈를 포함하고,

상기 발광소자의 광출사측에는 출사광의 발산각도를 축소시킨 상태로 상기 광학수단에 입사시켜 주기 위한 집광렌즈가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 칼라 영상투사장치.
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제 7 항에 있어서,

상기 발광소자는 각각 적색광과 녹색광 및 청색광을 생성 출사하는 3개의 LED 와 LD중에서 선택된 어느 하나의 종류가 설치되는 것을 특징으로 하는 칼라 영상투사장치.
제 7 항에 있어서,

상기 발광소자는 각각 적색광과 녹색광 및 청색광을 생성 출사하는 복수쌍의 LED와 LD중에서 선택된 어느 하나의 종류가 서로 균등한 간격을 이루며 교번적으로 배치되도록 설치된 것을 특징으로 하는 칼라 영상투사장치.
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