KR101072590B1 - 입체투사광학엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로젝션시스템의 입체투사광학엔진에 관한 것으로서, 특히 하나의 편광빔분리기와 복수의 색분리합성프리즘을 이용하여 빛의 사용 효율을 높임과 동시에 광선각도 변환렌즈를 이용하여 주광선이 편광빔분리기의 면을 투과하는 각도를 변경하도록 하는 입체투사광학엔진에 관한 것이다. 구성은 광을 생성하는 광원인 램프와; 상기 램프의 전방측에 형성되어 램프로부터 생성된 광을 다수의 전반사로 균일하게 형성하는 글라스로드와; 상기 글라스로드의 전방 측에 형성되어 글라스로드를 통과한 균일한 광을 조명하는 조명광학계와; 상기 조명광학계의 전방 일측에 형성되어 조명된 광의 편광 성분에 대해 P편파는 투과시키고, S편파는 반사시키도록 분리하는 편광빔분리기와; 상기 편광빔분리기의 측면으로 각각 형성되어 편광빔분리기를 통해 분리된 P편파와 S편파를 좌원편광과 우원편광으로 변환시키는 제 1 4분의 람다 파장판 및 제 2 4분의 람다 파장판과; 상기 제 1 4분의 람다 파장판 및 제 2 4분의 람다 파장판의 일측에 각각 형성되어 주광선의 각도를 광축과 평행하게 형성하는 광선각도 변환렌즈와; 상기 광선각도 변환렌즈의 일측에 각각 형성되어 변화된 좌원편광과 우원편광을 받아 적색,녹색,청색으로 각각 분리하는 복수의 색분리합성프리즘과; 상기 색분리합성프리즘의 일측에 각각 형성되어 분리된 적색,녹색,청색을 영상신호로 형성하는 LCOS와; 상기 편광빔분리기의 타일측면에 형성되어 상기 각 LCOS에서 형성된 영상신호를 스크린에 투영하는 투사광학계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
입체투사광학엔진, 광선, 각도변환, 렌즈

Description

입체투사광학엔진{A 3D Projection optical engine}
본 발명은 프로젝션시스템의 입체투사광학엔진에 관한 것으로서, 특히 하나의 편광빔분리기와 복수의 색분리합성프리즘을 이용하여 빛의 사용 효율을 높임과 동시에 광선각도 변환렌즈를 이용하여 주광선이 편광빔분리기의 면을 투과하는 각도를 변경하도록 하여 콤팩트한 구조를 갖게 하는 입체투사광학엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 입체투사광학엔진에 사용되는 광변조(Sptial Light Modulator) 소자는 투과형 LCD(Liquid Crystal Display) 패널, DMD(Digital Mirror Device) 소자 및 반사형 액정소자의 일종인 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 등이 있다.
상기 광변조 소자들 중, LCOS는 LCD와 DMD 소자에 비해 개구율이 매우높고 가격이 저렴한 특징이 있다.
종래의 LCOS 소자를 이용한 입체투사광학엔진의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 광을 생성하는 램프(110)와, 상기 램프(110)에서 나온 광을 파장별로 분리하는 복수의 다이크로익 미러(dichroic mirror)(121),(122)와, 상기 각 다이크로익 미러(121),(122)에서 분리된 광을 수용하여 P편광파와 S편광파로 분리하는 복수의 편광빔분리기(Polarizing Beam Splitter)(131),(132),(133)와, 상기 편광빔분리기(131),(132),(133)의 일측에 각각 형성되어 R(적색),G(녹색),B(청색)로 분리된 편광을 회전시켜 좌안용 및 우안용의 영상신호를 형성하는 각 한쌍의 LCOS(141),(142),(143)와, 상기 LCOS(141),(142),(143)에 의해 P편광파와 S편광파가 광변조된 각 광선의 광로를 결합하는 X-cube(150)와, 상기 X-cube(150)에서 결합된 광을 스크린에 투사하는 투사렌즈(160)을 포함하여 이루어진다.
그러나, 이와 같은 입체투사광학엔진(100)은 X-cube(150)의 광학적 코팅면을 설계하고 제작하는 특성상 편광 의존성이 강하기 때문에 빛의 효율이 낮으며, 투사렌즈(160)로 향하는 광선의 P파와 S파의 파장 범위가 서로 다르게 되는 단점이 있다.
종래의 LCOS 소자를 이용한 입체투사광학엔진의 다른 구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 단판식 LCOS소자를 사용하는 것으로서, 광을 생성하는 램프(210)와, 상기 램프(210)로부터 형성된 광을 시간차를 두고 순차적으로 R(적색), G(녹색), B(청색)로 광변조하는 하나의 컬러 휠(220)과, 상기 컬러 휠(220)에 의해 색채조명된 광을 균일하게 하는 light tunnel(230)과, P편광파와 S편광파로 분리하는 편광빔분리기(240)와, 상기 R(적색), G(녹색), B(청색)로 분리된 편광을 회전시켜 좌안용과 우안용의 영상신호를 형성하는 한쌍의 LCOS(250)와, 상기 LCOS(250)에서 생성된 영상신호를 스크린에 투사하는 투사렌즈(260)를 포함하여 이루어진다.
그러나, 이와 같은 입체투사광학엔진은 3판식의 LCOS 소자를 사용하지 않고 컬러 휠을 이용하여 시간차를 두고 순차적으로 R(적색), G(녹색), B(청색)로 광변조하기 때문에 DMD와 달리 LCOS소자의 응답속도가 빠르지 않아 색상구현이 어렵고 디스플레이 화면의 깜박거림(flicker)현상이 나타날 수 있는 문제점이 있다.
또, 종래의 입체 프로젝터(projector)방식에는 첫째 2개의 프로젝터를 나란히 정렬하여 편광필터를 사용하는 방식과, 둘째 1개의 프로젝터 앞에 좌우 원편광필름을 교대로 회전시키거나 전자적인 편광제어 소자를 이용한 시분할 영상투사 방식과, 셋째 1개의 프로젝터에 편광이 아닌 서로 다른 협대역 R(적색), G(녹색), B(청색) 칼라필터를 사용하여 좌우영상을 투사하는 방식 등이 있다.
상기 2대의 프로젝터를 나란히 정렬하여 구현하는 첫째 방식은 해상도는 우수하지만 가격이 비싸고 편광소자에 의해 광효율이 40% 밖에 안되며 프로젝션 거리에 따라 정렬이 매우 힘든 단점이 있고, 1개의 프로젝터를 이용하는 둘째 방식은 기존의 비디오 영상 재생속도보다 훨씬 빠른 120hz 이상으로 좌우 영상을 교대로 출력하고 이와 동기를 맞추어 물리적으로 회전하는 편광필터나 전자적인 LCD 변조장치, 또는 셔터 글라스를 통해 구현하여야 하는 반면, 설치가 간단하고 2D/3D 변환이 용이한 장점이 있으나, 빠른 신호처리로 인하여 디스플레이 화면의 깜박거림(flicker)현상이 존재하기 때문에 장시간 시청시 어지러움증을 유발할 수 있는 문제점이 있으며, 1개의 프로젝터를 사용하되 정밀한 R(적색), G(녹색), B(청색) 칼라 필터를 사용하는 셋째 방식은 입체 구현에 있어 실버스크린을 사용하지 않아 기존의 2D 스크린을 사용하는 최대 장점이 있지만 안경이 매우 고가이며, 사용되는 프로젝터마다 R(적색), G(녹색), B(청색) 칼라 값을 튜닝해야 되는 단점이 있다.
따라서, 입체영상을 얻기 위해서는 2대의 프로젝터를 동시에 사용해야 하거나 또는 2개의 투사렌즈를 갖는 1대의 프로젝터(미도시)에서 시간차를 두고 나온 좌우영상을 상기 2개의 투사렌즈로 나누어서 투사하여야 하므로, 결과적으로는 광학계 전체가 커질 수밖에 없는 문제점이 있었다.
이외, 종래의 입체투사광학엔진은 편광빔분리기(PBS)를 투과하는 주광선이 광축과 평행(45°)을 이루지 않고 평행(45°)에서 많이 벗어나게 되어 경사각을 이룰 경우, 높은 편광도를 얻기가 힘들어 결과적으로 입체 영상 출력시 혼선(Crosstalk) 현상이 매우 심해지는 단점이 있다.
또한, 편광빔분리기를 투과하는 주광선이 광축과 평행(45°)을 이루도록 할 수는 있으나 이 경우에는 투사광학계의 뒷부분과 편광빔분리기의 크기가 커지는 단점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 1대의 프로젝터를 사용하면서도 2대의 프로젝터를 사용하는 방식의 최대 장점인 높은 해상도를 유지함과 동시에, 화면의 깜박거림(flicker) 현상이 없는 LCOS를 이용하여 가격이 저렴하고 정렬이 쉽고, 광효율을 매우 높이며, 입체투사광학엔진을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입체투사광학엔진에 있어서, 광을 생성하는 광원인 램프와; 상기 램프의 전방측에 형성되어 램프로부터 생성된 광을 다수의 전반사로 균일하게 형성하는 글라스로드와; 상기 글라스로드의 전방 측에 형성되어 글라스로드를 통과한 균일한 광을 조명하는 조명광학계와; 상기 조명광학계의 전방 일측에 형성되어 조명된 광의 편광 성분에 대해 P편파는 투과시키고, S편파는 반사시키도록 분리하는 편광빔분리기와; 상기 편광빔분리기의 측면으로 각각 형성되어 편광빔분리기를 통해 분리된 P편파와 S편파를 좌원편광과 우원편광으로 변환시키는 제 1 4분의 람다 파장판 및 제 2 4분의 람다 파장판과; 상기 제 1 4분의 람다 파장판 및 제 2 4분의 람다 파장판의 일측에 각각 형성되어 변화된 좌원편광과 우원편광을 받아 적색,녹색,청색으로 각각 분리하는 복수의 색분리합성프리즘과; 상기 색분리합성프리즘의 일측에 각각 형성되어 분리된 적색,녹색,청색을 영상신호로 형성하는 복수의 LCOS와; 상기 편광빔분리기의 타일측면에 형성되어 상기 각 LCOS에서 형성된 영상신호를 스크린에 투영하는 투사광학계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 색분리합성프리즘은 제 1 red 색분리합성프리즘, 제 1 green 색분리합성프리즘, 제 1 blue 색분리합성프리즘 및, 제 2 red 색분리합성프리즘, 제 2 green 색분리합성프리즘, 제 2 blue 색분리합성프리즘으로 이루어지고, 상기 복수의 LCOS는 제 1, 2, 3 LCOS 및, 제 4, 5, 6 LCOS로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 편광빔분리기와 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘 사이 및 상기 편광빔분리기와 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘 사이에는 광선각도 변환 렌즈를 각각 부가 형성하여 상기 편광빔분리기의 면을 통과하는 광선의 각도를 줄어들게 변환시켜 투과도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.
상기 광선각도 변환렌즈는 조명광학계와 투사광학계에 공용으로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 편광빔분리기는 평판형 또는 큐빅형 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 red 색분리합성프리즘, 제 1 green 색분리합성프리즘, 제 1 blue 색분리합성프리즘 및, 제 2 red 색분리합성프리즘, 제 2 green 색분리합성프리즘, 제 2 blue 색분리합성프리즘과, 제 1, 2, 3 LCOS 및, 제 4, 5, 6 LCOS는 편광빔분리기의 면과 수직을 이루도록 90°회전되는 것을 특징으로 한다.
상기 광선각도 변환렌즈는 편광빔분리기의 면을 투과하는 주광선을 광축과 평행하게 하여, 편광빔분리기의 시상봉합의 합치점과 이루는 각도가 45°±3°를 이루도록 변환하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 특히, 편광빔분리기와 색분리합성프리즘 사이에 광선각도 변환렌즈를 형성하여 편광도를 월등히 높임과 동시에 편광빔분리기를 평판형으로 형성하여 투사광학계의 크기와 편광빔분리기의 프리즘 크기를 작게 형성할 수 있어 콤팩트한 입체투사광학엔진을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또, 각 색분리합성프리즘과 각 LCOS를 90°회전가능한 구조로 형성하여 편광빔분리기(PBS)의 경사면을 통과하는 광(이미지)의 방향이 수평(장방향)이 아닌 수 직(단방향)이 되도록 하여 편광빔분리기(PBS)의 크기를 더욱 작게하는 효과를 도모할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 입체투사광학엔진의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
도 3은 본 발명의 입체투사광학엔진의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 입체투사광학엔진의 주광선이 광축에 대하여 경사져서 진행하는 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 입체투사광학엔진의 주광선이 광축에 대하여 평행하는 상태를 나타낸 도면이다. 또, 도 6은 도 3에 광선각도 변환렌즈를 형성한 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 조명광로를 나타낸 도면이며, 도 8은 도 6의 투사광로를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 9는 도 6의 전체광로를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 입체투사광학엔진을 개략적인 사시도로 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명은 램프(310)와, 글라스로드(320)와, 조명광학계(330)와, 편광빔분리기(PBS:Polarizing Beam Splitter)(340)와, 제 1 red 색분리합성프리즘(351), 제 1 green 색분리합성프리즘(352), 제 1 blue 색분리합성프리즘(353) 및, 제 2 red 색분리합성프리즘(354), 제 2 green 색분리합성프리즘(355), 제 2 blue 색분리합성프리즘(356)과, 제 1,2,3 LCOS(361),(362),(363) 및, 제 4,5,6 LCOS(364),(365),(366)와, 투사광학계(370)를 포함하여 이루어진다.
상기 램프(310)는 다양한 파장의 광원을 형성하며 형성된 광원을 받아 집광시켜 반사하는 타원형태의 반사경(311)을 갖고 일측에 형성된다.
상기 글라스로드(320)는 램프(310)의 전방 측에 형성되어 램프(310)에서 출사되는 광을 받아 다수의 전반사에 의해 균일한 광으로 변화시키도록 단면이 사각형의 유리봉으로 형성된다.
상기 조명광학계(330)는 글라스로드(320)의 전방 측에 형성되어 글라스로드(320)에서 균일화되어 진행하는 광을 인도하여 조명하도록 다수의 렌즈로 형성된다.
상기 편광빔분리기(340)는 조명광학계(330)의 일측에 형성되어 조명된 광을 받아 P편광파와 S편광파를 용이하게 분리하도록 형성된다.
여기서, 상기 P편광파는 빛의 전기장이 입사면(입사파의 방향과 경계면의 법선을 포함하는 면)과 평행한 방향을 갖는 성분의 빛이며, S편광파는 전기장이 입사면에 수직한 방향의 빛을 나타낸다. 이때, P편광파는 투과진행하고, S편광파는 직각으로 반사진행하는 구조를 갖는다.
그리고, 상기 편광빔분리기(340)는 삼각뿔형의 프리즘이 결합되어 큐빅형을 이루도록 형성되고, 프리즘의 시상봉합 합치점 측부에는 진행하는 광의 위상을 변 환하는 제 1 4분의 람다 파장판(341)과, 제 2 4분의 람다 파장판(342)이 상호 직각을 이루도록 형성된다.
이에 따라, 예컨대 수직, 수평의 직선편광으로 상기 편광빔분리기(340)를 투과 진행하는 P편광파는 제 1 4분의 람다 파장판(341)에 의해 좌원편광으로 변환되고, 반사 진행하는 S편광파는 제 2 4분의 람다 파장판(342)에 의해서는 우원편광으로 변환하여 상기 제 1,2,3 LCOS(361),(362),(363) 및, 제 4,5,6 LCOS(364),(365),(366) 패널로 진행시, 편광의 광축을 정합되도록 하여 광시스템의 전체적인 콘트라스트 비가 향상되도록 한다. 상기 제 1, 2 4분의 람다 파장판(341),(342)은 평면 형태로 형성되어 있다.
상기 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘(351),(352),(353)은, 제 1 4분의 람다 파장판(341)을 통과하면서 변화된 좌원편광을 입사시켜 광속에 존재하는 R(적색), G(녹색), B(청색)를 단색광으로 분리하고, 상기 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘(354),(355),(356)은 제 2 4분의 람다 파장판(342)을 통과하면서 변화된 우원편광을 입사시켜 광속에 존재하는 R(적색), G(녹색), B(청색)를 단색광으로 분리한다.
상기 제 1 red 색분리합성프리즘(351), 제 1 green 색분리합성프리즘(352), 제 1 blue 색분리합성프리즘(353) 및, 제 2 red 색분리합성프리즘(354), 제 2 green 색분리합성프리즘(355), 제 2 blue 색분리합성프리즘(356)은 단색광의 광속에 존재하는 R(적색), G(녹색), B(청색)를 각각의 파장으로 분리하는 즉, 광선이 프리즘의 경계면을 통과했을 때 이색성 코팅 특성에 의하여 R(적색), G(녹색), B(청색)로 분리하는 삼각뿔형 등의 프리즘(prism)으로 형성된다.
여기서, 상기 편광빔분리기(340)와 제 1 red 색분리합성프리즘(351) 및 제 2 red 색분리합성프리즘(354) 사이에는 진행하는 광의 각도를 줄여 주광선이 편광빔분리기(PBS)를 통과할 때 주광선이 광축과 평행을 이루며 진행하도록 하기 위한 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)가 각각 형성된다.
좀 더 구체적으로는 상기 편광빔분리기(340)의 일측면부에 형성된 제 1 4분의 람다 파장판(341)과, 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘(351),(352),(353)의 사이와, 상기 제 2 4분의 람다 파장판(342)과, 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘(354),(355),(356)의 사이에 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)가 형성된다.
이에 따라, 상기 진행하는 주광선이 편광빔분리기(340)를 투과시 광축과 수평을 이루게 된다.
일반적으로 편광빔분리기(PBS)의 편광도는 편광빔분리기(PBS)를 통과하는 빔의 각도에 따라 그 성능이 제한되는데 편광빔분리기의 면을 투과하는 주광선이 광축과 평행일 때 가장 좋은 효율을 나타내며, 주광선의 각도가 광축에 대해 평행에서 벗어나 경사지게 되면 높은 편광도를 얻기가 힘들고 결과적으로 입체 영상 출력시 혼선(Crosstalk)현상이 매우 심해지는 단점이 있다.
즉, 광선이 편광빔분리기(340)를 투과시 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)에 의해 편광빔분리기(340)의 면을 투과하는 주광선이 광축과 평행일 때, 편광빔분리기(340)의 시상봉합 합치점과 이루는 각도는 45°±3°를 이루게 된다.
따라서, 주광선이 편광빔분리기(340)를 투과시 높은 편광도를 얻을 수 있게 되어 결과적으로 혼선(crosstalk, 漏話) 현상을 방지하여 입체영상 출력시 통신품질을 향상시킬 수 있다.
이러한 광선의 각도 변환에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 광선각도 변환렌즈(380)를 형성하지 않을 경우, 상기 편광빔분리기(340)의 면을 투과하는 주광선은 편광빔분리기(340)의 시상봉합 합치점과 이루는 각도가 예컨대, 47°±5.5°로서 광축에 대해 약간의 경사를 이루고 있다고 가정하면(도 4 참조), 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)를 형성했을 경우, 편광빔분리기(340)의 면을 투과하는 주광선은 편광빔분리기(340)의 시상봉합 합치점과 이루는 각도가 45°±3°로서 광축과 평행을 이루도록 각이 줄게 변환된다(도 7 참조).
즉, 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)를 형성하지 않을 경우, 예컨대 주변광선 중에서 상광선과 하광선 사이각은 편광빔분리기(340)를 투과시 편광빔분리기(340)의 면과 이루는 각도가 11°라고 하면, 주광선은 경사가 다소 있는 47.5°가 되고, 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)를 형성했을 경우, 주변광선 중에서 상광선과 하광선 사이각은 편광빔분리기(340)를 투과시 편광빔분리기(340)의 면과 이루는 각도가 줄어든 6°가 되며, 주광선은 광축과 평행한 45°가 되어 편광빔분리기(340)의 편광효율을 보다 월등히 높일 수 있다.
이에 따라, 진행하는 주광선이 편광빔분리기(340)를 투과시 광축과 수평하게 즉, 편광빔분리기(340)의 시상봉합 합치점에 대하여 각이 45°를 이루도록 하여 편광효율을 보다 월등히 향상시킬 수 있게 된다.
이러한 광선의 각도변환은 변환렌즈의 굴절능과 제반상황에 따라 조절가능하게 할 수 있다.
그리고, 상기 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)는 조명광학계(330)와, 투사광학계(370)에 공용으로 사용되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 편광빔분리기(340)를 입사 및 출사하는 광이 조명광학계(330)와 결상계인 투사광학계(370)의 광축과 평행을 이루도록 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)가 형성되기 때문이다.
상기 LCOS는 광변조(sptial light modulator)소자의 하나로서 반사형 액정소자이고, 상기 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘(351),(352),(353)의 일측부에 각각 형성되는 제 1,2,3 LCOS(361),(362),(363)와, 상기 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘(354),(355),(356)의 일측부에 각각 형성되는 제 4,5,6 LCOS(364),(365),(366)로 이루어진다.
이에 따라, 상기 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘(351),(352),(353)과, 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘(354),(355),(356)에서 R(적색), G(녹색), B(청색)로 분리된 편광을 회전시켜 이미지 즉, 영상신호를 형성한 다음 다시 입사방향으로 되돌린다.
이러한 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)는, 아래 그림과 같이 기존에 사용하는 투과형 LCD 패널, DMD 소자에 비해 광변조 소자의 개구율이 매우 높고 가격이 저렴한 특성이 있다.
Figure 112009051547713-pat00001
광변조 소자의 개구율
상기 투사광학계(370)는 편광빔분리기(340)의 타일측에 형성되어 상기 제 1,2,3 LCOS(361),(362),(363) 및 제 4,5,6 LCOS(364),(365),(366)에서 형성된 영상신호를 상기 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘(351),(352),(353)과, 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘(354),(355),(356) 및, 제 1 4분의 람다 파장판(341)과 제 2 4분의 람다 파장판(342)을 입사와 출사를 왕복 진행하면서 변화된 입체영상신호를 스크린(390)에 투영하도록 양과 음의 굴절력을 갖는 다수의 렌즈로 조합 형성된다.
여기서, 상기 투사광학계(370)의 렌즈 중간 부분에는 렌즈를 통과하는 광선의 양을 조절하는 조리개(371)가 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 입체투사광학엔진(300)은 램프(310)에 의해 생성된 빛이 반사경(311)에 의해 집광되어 전방에 위치하는 글라스로드(320)로 입사되어 다수의 전반사를 이루면서 균일화 된다.
상기 글라스로드(320)를 통과한 균일한 광은 조명광학계(330)로 입사되어 굴절된 후 확산 조명된다.
상기 조명광학계(330)에 의해서 조명된 광은, 상기 편광빔분리기(340)로 입사된다.
계속해서, 상기 편광빔분리기(340)로 진행된 광은 편광빔분리기(340)를 통과하면서 P편광파의 성분은 제 1 4분의 람다 파장판(341)을 투과하면서 좌원편광으로 변화된 후, 광선각도 변환렌즈(380a)와, 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘(351),(352),(353)을 거치면서 R(적색), G(녹색), B(청색)로 분리되어 제 1,2,3 LCOS(361),(362),(363)에 도달하고, 상기 S편광파의 성분은 직각으로 반사되어 제 2 4분의 람다 파장판(342)을 투과하여 우원편광으로 변화된 후, 광선각도 변환렌즈(380b)와, 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘(354),(355),(356)을 거치면서 R(적색), G(녹색), B(청색)로 분리되어 제 4,5,6 LCOS(364),(365),(366)에 도달한다.
이렇게 진행된 상호 다른 2개의 편광은 제 1,2,3 LCOS(361),(362),(363)과 제 4,5,6 LCOS(364),(365),(366)의 화소들에서 편광 면을 달리하여 회전하면서 영상신호가 형성된다. 이때의 회전 정도가 영상정보가 된다.
즉, 본 발명의 각 LCOS 패널의 경우에는 R(적색), G(녹색), B(청색)의 광선 강도가 영상정보가 된다.
상기 회전된 편광은 다시 광경로를 따라 반사되어 되돌아오면서 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘(351),(352),(353)과, 광선각도 변환렌즈(380a) 및, 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘(354),(355),(356)과 광선각도 변환렌즈(380b)를 역으로 통과하여 합성되고, 합성된 각각의 광은 다시 제 1 4분의 람다 파장판(341)과, 제 2 4분의 람다 파장판(342)을 투과하면서 직선 편광이 된 최초 P편광파는 S편광파로, S편광파는 P편광파로 변화된 영상은 상기 편광빔분리기(340)를 통과한 후, 투사광학계(370)를 통하여 스크린(390)에 투사되어 대형 화상을 맺게 된다.
이때, 상기 진행하는 광은 편광빔분리기(340)를 투과시 광선각도 변환렌즈(380a),(380b)에 의해 주광선이 광축과 평행(수평)하게 즉, 편광빔분리기(340)의 시상봉합 합치점에 대하여 각이 45°±3°로 변환되어 편광빔분리기(340)의 높은 편광도를 얻을 수 있다. 따라서, 결과적으로 혼선(crosstalk, 漏話) 현상을 방지하여 입체영상 출력시 통신품질을 향상된다.
한편, 도 11은 본 발명에 따른 다른 실시 예를 나타낸 도면으로서, 이는 상기 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘(351),(352),(353)과, 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘(354),(355),(356) 및 제 1, 2, 3 LCOS(361),(362),(363)와, 제 4, 5, 6 LCOS(364),(365),(366)를 편광빔분리기(340)의 면과 수직을 이루도록 90°회전되도록 형성함으로써, 광선이 단방향으로 편광빔분리기(340)의 시상봉합의 합치점인 경사면 즉, 45°면을 통과하도록 하기 때문에 편광빔분리기(340)를 작게 제작할 수 있어 결과적으로 시스템 전체를 콤팩트하게 할 수 있는 장점이 있는 것이다.
즉, LCOS의 종횡 비율이 4:3이라고 가정할 때, 4에 해당하는 장방향이 편광빔분리기(340)의 45°면을 통과하지 않고, 3에 해당하는 단방향이 편광빔분리기(340)의 45°면을 통과하기 때문에 편광빔분리기(340) 자체를 작게 제작할 수 있 어 결과적으로는 시스템 전체를 컴팩트하게 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면으로서, 이는 상기 편광빔분리기(340)를 평판형으로 형성함으로써, 무게를 경량화할 수 있는 것이다.
따라서, 입체투사광학엔진(300)의 구조를 단순화 하고 무게를 감량할 수 있어 크기를 콤팩트하게 이룰 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
도 1은 종래 3판식 LCOS를 이용한 입체투사광학엔진의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 단판식 LCOS를 이용한 입체투사광학엔진의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 입체투사광학엔진의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 입체투사광학엔진의 주광선이 광축에 대하여 경사져서 진행하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 입체투사광학엔진의 주광선이 광축에 대하여 평행하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3에 광선각도 변환렌즈를 형성한 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 조명광로를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 투사광로를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 6의 전체광로를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 입체투사광학엔진을 개략적인 사시도로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예로써, 색분리합성프리즘과 LCOS가 함께 90°회전된 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예로써, 평판형 편광빔분리기를 적용한 입체광학엔진을 나타낸 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
310 : 램프 311 : 반사경
320 : 글라스로드(glass rod) 330 : 조명광학계
340 : 편광빔분리기(PBS:Polarizing Beam Splitter)
341 : 제 1 4분의 람다 파장판 342 : 제 2 4분의 람다 파장판
351 : 제 1 red 색분리합성프리즘 352 : 제 1 green 색분리합성프리즘
353 : 제 1 blue 색분리합성프리즘 354 : 제 2 red 색분리합성프리즘
355 : 제 2 green 색분리합성프리즘 356 : 제 2 blue 색분리합성프리즘
361 : 제 1 LCOS 362 : 제 2 LCOS
363 : 제 3 LCOS 363 : 제 4 LCOS
365 : 제 5 LCOS 366 : 제 6 LCOS
370 : 투사광학계 371 : 조리개
380a, 380b : 광선각도 변환렌즈 390 : 스크린

Claims (7)

  1. 입체투사광학엔진에 있어서,
    광을 생성하는 광원인 램프와;
    상기 램프의 전방측에 형성되어 램프로부터 생성된 광을 다수의 전반사로 균일하게 형성하는 글라스로드와;
    상기 글라스로드의 전방 측에 형성되어 글라스로드를 통과한 균일한 광을 조명하는 조명광학계와;
    상기 조명광학계의 전방 일측에 형성되어 조명된 광의 편광 성분에 대해 P편파는 투과시키고, S편파는 반사시키도록 분리하는 편광빔분리기와;
    상기 편광빔분리기의 측면으로 각각 형성되어 편광빔분리기를 통해 분리된 P편파와 S편파를 좌원편광과 우원편광으로 변환시키는 제 1 4분의 람다 파장판 및 제 2 4분의 람다 파장판과;
    상기 제 1 4분의 람다 파장판 및 제 2 4분의 람다 파장판의 일측에 각각 형성되어 변화된 좌원편광과 우원편광을 받아 적색,녹색,청색으로 각각 분리하는 복수의 색분리합성프리즘과;
    상기 색분리합성프리즘의 일측에 각각 형성되어 분리된 적색,녹색,청색을 영상신호로 형성하는 복수의 LCOS와;
    상기 편광빔분리기의 타일측면에 형성되어 상기 각 LCOS에서 형성된 영상신호를 스크린에 투영하는 투사광학계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체투사광학엔진.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 색분리합성프리즘은 제 1 red 색분리합성프리즘, 제 1 green 색분리합성프리즘, 제 1 blue 색분리합성프리즘 및, 제 2 red 색분리합성프리즘, 제 2 green 색분리합성프리즘, 제 2 blue 색분리합성프리즘으로 이루어지고, 상기 복수의 LCOS는 제 1, 2, 3 LCOS 및, 제 4, 5, 6 LCOS로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체투사광학엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편광빔분리기와 제 1 red, green, blue 색분리합성프리즘 사이 및 상기 편광빔분리기와 제 2 red, green, blue 색분리합성프리즘 사이에는 광선각도 변환렌즈를 각각 부가 형성하여 상기 편광빔분리기의 면을 통과하는 광선의 각도를 줄어들게 변환시켜 투과도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 입체투사광학엔진.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광선각도 변환렌즈는 조명광학계와 투사광학계에 공용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 입체투사광학엔진.
  5. 제1항에 있어서, 상기 편광빔분리기는 평판형 또는 큐빅형 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체투사광학엔진.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제 1 red 색분리합성프리즘, 제 1 green 색분리합성프리즘, 제 1 blue 색분리합성프리즘 및, 제 2 red 색분리합성프리즘, 제 2 green 색분리합성프리즘, 제 2 blue 색분리합성프리즘과, 제 1, 2, 3 LCOS 및, 제 4, 5, 6 LCOS는 편광빔분리기의 면과 수직을 이루도록 90°회전되는 것을 특징으로 하는 입체투사광학엔진.
  7. 제3항에 있어서, 상기 광선각도 변환렌즈는 편광빔분리기의 면을 투과하는 주광선을 광축과 평행한, 편광빔분리기의 시상봉합의 합치점과 이루는 각도가 45°±3°를 이루도록 각이 줄게 변환하는 것을 특징으로 하는 입체투사광학엔진.
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