KR100797479B1 - 프로젝션 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, LED 색 합성장치를 포함하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 적색, 녹색, 및 청색 LED로 이루어지는 광원과; 적색, 녹색, 청색을 투과하여 합성하는 적어도 하나 이상의 회절광학소자와; 상기 합성된 광이 입사되는 적분기와; 상기 적분기를 통과한 광이 포커싱되는 조명렌즈와; 상기 조명렌즈를 통과한 광이 입력되는 패널과; 상기 조명렌즈와 패널 사이에 위치하여 광 경로를 조절하는 프리즘과; 상기 프리즘을 통과한 광이 포커싱되는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
LED, 프로젝션, 다이크로익 필터, 회절광학소자

Description

프로젝션 시스템{PROJECTION SYSTEM}
도 1은 일반적인 프로젝션 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 색 합성장치의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
30 : 광원 31 : 적색 LED
32 : 녹색 LED 33 : 청색 LED
34 : 회절광학소자 36 : 색 합성부
40 : 적분기 41 : 조명렌즈
42 : 패널 44 : 프리즘
45 : 투사렌즈 46 : 스크린
본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, LED 색 합성장치를 포함하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
최근 대화면, 고화질 디스플레이 장치는 가장 중요한 이슈(issue) 중 하나로 떠오르고 있으며, 현재까지 이러한 대화면 디스플레이 장치로 개발되어 상용화 된 것에는 대표적으로 직시형 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 프로젝션 TV, 프로젝터 등이 있다.
이중에서 프로젝션 TV와 프로젝터는 공통적으로 광학 엔진이라는 장치를 포함하며, 이 광학엔진 내에는 신호 처리된 영상정보를 표시해주는 CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micro-mirror Device) 등의 디스플레이 소자가 사용된다.
상기 LCD를 이용한 프로젝터는 다시 투과형 LCD를 이용하는 시스템과 반사형 LCD(LCoS)를 이용하는 시스템으로 나뉜다.
도 1은 일반적인 프로젝션 시스템을 나타낸 개략 구성도로서, 광원(10)을 통과한 광은 두 개의 다이크로익 필터(dichroic filter)(15, 16)로 이루어지는 색 합성부(14)에서 합성된다.
상기 광원(10)은 발광 소자의 하나인 LED(light emitting diode)가 이용되며, 각각 적색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 청색 LED(13)로 구성된다. 이와 같은 삼원색의 LED(11, 12, 13)로 이루어지는 광원(10)에서는 이러한 LED(11, 12, 13) 광이 합성되어 백색광을 포함한 컬러를 갖는 광이 출력될 수 있다.
이러한 광원(10)은 두 개의 다이크로익 필터(15, 16)에서 합성될 수 있도록 배치된다. 상기 다이크로익 필터(21, 22)는 특정 파장을 갖는 빛만을 선택적으로 반사, 투과시켜 원하는 파장대의 빛을 얻을 수 있는 것으로서, 보통 빛의 간섭을 이용한다.
이러한 다이크로익 필터(15, 16)는, 적색 LED(11) 광과 녹색 LED(12) 광이 교차하는 위치에 제 1 다이크로익 필터(15)가 위치하고, 또한 적색 LED(11) 광과 청색 LED(14) 광이 교차하는 위치에 제 2 다이크로익 필터(16)가 위치한다.
상기 색 합성부(14)를 거친 광은 적분기(17)를 통과하고, 조명렌즈(18)를 통하여 포커싱된다. 이러한 조명렌즈(18)를 통과한 광은 패널(19)로 인가되기 위하여 프리즘(21)으로 입사되고, 이 프리즘(21)의 면(20)에서 일차적으로 반사되어 패널(19)로 입사되나, 이러한 패널(19)에서 출사된 광은 프리즘(21)을 통과하여 투사렌즈(22)로 전달된다.
상기 패널(19)에서는 상기 광원(10)으로부터 출사된 빛이 도달할 때, 적절한 스위칭 또는 반사 등의 과정에 의하여 프로젝션 되기 위한 영상정보가 출력하고, 이러한 영상정보는 투사렌즈(22)를 거쳐 스크린(23)에 결상되게 된다.
그러나, 상기 색 합성부(14)는 상기 광원(10)으로부터 서로 다른 광경로를 갖는 각각의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 빛을 합성하기 위해 두 개의 다이크로익 필터(15, 16)를 사용하였으며 그에 따른 복수의 부품의 사용으로 시스템의 크기를 줄이는 데 한계가 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광강도 및 휘도 분포를 균일하게 할 수 있는 색 합성장치를 포함하는 프로젝션 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 적색, 녹색, 및 청색 LED로 이루어지는 광원과; 적색, 녹색, 청색을 투과하여 합성하는 적어도 하나 이상의 회절광학소자와; 상기 합성된 광이 입사되는 적분기와; 상기 적분기를 통과한 광이 포커싱되는 조명렌즈와; 상기 조명렌즈를 통과한 광이 입력되는 패널과; 상기 조명렌즈와 패널 사이에 위치하여 광 경로를 조절하는 프리즘과; 상기 프리즘을 통과한 광이 포커싱되는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 상기 회절광학소자를 통해 입사되는 입사광의 진행경로를 변환시켜주는 광경로 변환기를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
이때, 상기 회절광학소자는 상기 적색 LED 광, 녹색 LED 광 및 청색 LED 광이 투과되어 교차하는 위치에 구성되고, 상기 광원은, 상기 청색 LED 광과 상기 적분기가 일직선상에 위치하도록 설치된다.
여기서, 상기 패널은 DMD, LCoS, 및 LCD 중 어느 하나이고, 상기 적분기는, 로드 렌즈 또는 광 터널이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 색 합성장치의 개략 구성도로서, 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 회절광학소자(34)를 이용하여 광원(30)으로부터 입사 되는 각각의 적색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 청색 LED(13) 광을 합성한다. 일반적으로 다이크로익 필터를 이용하여 색을 합성하는 장치에 비해 적어도 하나의 광학회절소자(34)를 이용하여 구성할 수 있으므로, 광학 시스템을 설계하는 데 있어서, 공간적으로 유리할 뿐만 아니라, 상기 회절광학소자(34)를 이용함으로써, 입사되는 광의 회절 효율을 향상시켜 광강도 및 휘도 분포를 균일하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략 구성도로서, 광원(30)으로부터 출사된 광은 적어도 하나 이상의 회절광학소자(34)로 이루어지는 합성부(36)에서 합성된다.
상기 광원(30)은 발광 소자의 하나인 LED(light emitting diode)가 이용되며, 각각 적색 LED(31), 녹색 LED(32), 및 청색 LED(33)로 구성된다.
상기 광원(30)으로서, 상기와 같은 LED 이외에, 각각 적색, 녹색, 및 청색을 발광하는 레이저도 이용이 가능하며, 이러한 레이저는 레이저 다이오드(laser diode)를 이용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 삼원색의 LED(31, 32, 33)로 이루어지는 광원(30)에서는 이러한 LED(31, 32, 33) 광이 합성되어 백색광을 포함한 컬러를 갖는 광이 출력될 수 있다.
이러한 광원(30)은 도시된 바와 같이, 회절광학소자(34)에서 합성될 수 있도록 배치된다. 상기 회절광학소자(34)는 적색 LED(31) 광, 녹색 LED(32) 광, 및 청색 LED(33) 광은 좁은 파장영역의 특성을 가지고 있으므로, 이 빛의 회절 특성을 이용하여 빛을 합성한다. 즉, 상기 회절광학소자(34)에 입사된 빛의 회절 각도를 줄이고 백색광으로 합성하여 출력하게 된다.
이러한 회절광학소자(34)는, 도 3에서와 같이, 적색 LED(31) 광과 녹색 LED(32) 광, 및 적색 LED(33) 광이 투과하여 교차하는 위치에 설치되고, 복수개의 회절광학소자를 겹치게 하는 구성을 취할 수도 있다.
이와 같이, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 상기 회절광학소자(34)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.
상술한 과정에서 합성된 출력광은 적분기(40)를 통과하면서 광원(30)에서 출사된 광이 균일한 조도를 가지게 된다. 또한, 이러한 적분기(40)를 통과하면서 원하는 형상으로 형상화될 수 있다.
이러한 적분기(40)는 막대형의 로드 렌즈(rod lens) 또는 상자형의 미러로 이루어지는 광 터널 등이 이용될 수 있다.
이와 같이, 적분기(40)에서 균일한 조도를 가지거나, 원하는 형상으로 형상화된 출력광은 조명렌즈(41)를 통하여 포커싱되고, 이러한 조명렌즈(40)를 통과한 광은 패널(42)로 인가되기 위하여 프리즘(44)으로 입사된다.
이때, 이러한 프리즘(44)은 경계면을 지니게 되어, 상기 조명렌즈(40)에서 전달되는 빛은 프리즘(44)의 면에서 일차적으로 반사되어 패널(42)로 입사되나, 이러한 패널(42)에서 출사된 광은 프리즘(44)을 통과하여 투사렌즈(45)로 전달된다.
상기 패널(42)에서는 상기 광원(30)으로부터 출사된 빛이 도달할 때, 적절한 스위칭 또는 반사 등의 과정에 의하여 프로젝션 되기 위한 영상정보가 출력되고, 이러한 영상정보는 투사렌즈(45)를 거쳐 스크린(46)에 결상되게 된다.
이러한 패널(42)은 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 및 LCD(liquid crystal device) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 이러한 패널(42)은 마이크로 스위칭 소자라고 할 수 있다.
상기 투사렌즈(45)는 전술한 패널(42)로부터의 이미지를 대략 80 내지 130배 정도 확대하여 스크린(46)으로 보낸다.
전술한 바와 같이, 회절광학소자(34)를 이용한 색 합성장치(36)를 이용하여 LED 프로젝션 시스템을 구성한다. 이는 다이크로익 필터를 이용한 색 합성장치는 복수개의 부품 사용으로 인해 시스템을 구현하는 데 공간적인 제약이 있기 때문이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략 구성도로서, 도시하는 바와 같이, 복수개의 회절광학소자(34a, 34b)와 광경로 변환기(35)를 더 구비한 색 합성부(36)를 포함하여 구성된다.
광원(30)과 광경로 변환기(35)는 대략적으로 일직선이 되도록 위치하고, 상기 광경로 변환기(35)와 적분기(40)는 수직으로 일직선이 되도록 위치하는 구성을 취한다.
이와 같이, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 광은 상기 색 합성부(36)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.
상기 합성된 광은 광경로 변환기(35)에서 투과 또는 반사되어 적분기(40)로 출사된다.
이와 같이, 적분기(40)로 입사된 광은, 조명렌즈(41), 프리즘(44), 패 널(42), 및 투사렌즈(45)를 통하여 스크린(46)에 결상되며, 이러한 과정은 도 3의 경우와 동일하다.
상기 복수개의 회절광학소자(34) 중 제 1 회절광학소자(34a)는 입사되는 회절 각도를 줄여 합성하고, 제 2 회절광학소자(34b)는 출사되는 빛의 단면적을 압축하여 평행광으로 출사시킨다.
상기 광경로 변환기(35)는 미러를 사용하여 제 2 회절광학소자(34b)에서 출사되는 빛의 경로를 반사하거나, 반사형 PBS(Polarized Beam Splitter)를 사용하여 제 2 회절광학소자(34b)로부터 입사되는 빛을 선택적으로 반사 또는 투과하여 상기 적분기(40)에 입사되도록 한다. 이후의 과정은 도 3의 경우와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
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 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제작이 용이한 회절광학소자를 이용하여 조명 광학계를 구성할 수 있다.
둘째, 상기 조명 광학계를 이용하여 프로젝션 시스템을 구성하면, 전체 시스템 크기가 축소될 수 있고, 제작 비용이 절감될 수 있다.
셋째, 합성되는 광의 회절 효율을 향상시켜 광강도 및 휘도 분포를 균일하게 할 수 있다.

Claims (7)

  1. 적색, 녹색, 및 청색 LED로 이루어지는 광원;
    적색, 녹색, 청색을 투과하여 합성하는 적어도 하나 이상의 회절광학소자;
    상기 합성된 광이 입사되는 적분기;
    상기 적분기를 통과한 광이 포커싱되는 조명렌즈;
    상기 조명렌즈를 통과한 광이 입력되는 패널;
    상기 조명렌즈와 패널 사이에 위치하여 광 경로를 조절하는 프리즘; 및
    상기 프리즘을 통과한 광이 포커싱되는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 회절광학소자를 통해 입사되는 입사광의 진행경로를 변환시켜주는 광경로 변환기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 회절광학소자는, 상기 적색 LED 광, 녹색 LED 광 및 청색 LED 광이 투과되어 교차하는 위치에 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은, 상기 청색 LED 광과 상기 적분기가 일직선상에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 패널은, DMD, LCoS, 및 LCD 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 적분기는, 로드 렌즈 또는 광 터널인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
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