KR101217739B1

KR101217739B1 - 피코 프로젝터 유닛

Info

Publication number: KR101217739B1
Application number: KR1020110037095A
Authority: KR
Inventors: 김진호; 이희중; 홍승기; 김경중
Original assignee: 주식회사 세코닉스
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2013-01-02
Also published as: KR20120119278A

Abstract

본 발명은 휴대폰 등의 소형 휴대기기 등에 장착될 수 있는 피코 프로젝터 유닛에 관한 것으로, 특히, 광원으로부터 조사된 광을 폴드 미러를 사용하여 DMD(Digital Mirror Device) 패널에 전달함으로써, DMD 패널에 형성된 상이 스크린으로 투사되는 피코 프로젝터 유닛에 있어서,
피코 프로젝터 유닛은 광원과 폴드 미러 사이에 광균일화 수단을 포함하고, 광균일화 수단은 광원으로부터 전달된 광을 균일하게 후단에 전달시키는 동시에 사각 형상의 광프로파일을 가진 광을 형성하여 폴드 미러로 전달하도록 사각 형상을 가진 복수개의 마이크로 렌즈 셀 어레이가 형성되어 있으며, 광균일화 수단은 폴드 미러에 의해 DMD 패널로 전달되는 사각 형상의 광프로파일을 가진 광의 기울기를 보정하도록 형성된다.

Description

피코 프로젝터 유닛{PICO PROJECTOR UNIT}

본 발명은 생성된 화상을 스크린 등에 확대 투영하기 위한 프로젝터용 투사 렌즈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 휴대폰 등의 소형 휴대기기 등에 장착될 수 있는 피코 프로젝터 유닛에 관한 것이다.

최근, 전자 기술의 발전으로 인해, 휴대폰, PDA 등의 개인 휴대기기가 급증하고 있으며, 또한 MP3, PMP, 카메라 등의 각종 기능을 구비한 휴대기기가 출시되고 있다.

또한, 이런 다기능 추세에 맞추어, 최근에는 소위 피코 프로젝터 또는 나노 프로젝터로 알려진 초소형의 프로젝터 기능을 탑재한 휴대기기가 선보이고 있다. 이런 초소형의 프로젝터를 설계하는데 있어서 중요한 것은 초소형의 크기를 가지면서 고성능의 기능을 구현해 내야 하는데, 고성능만을 추구하는 경우에는 비용이 지타치게 비싸지거나, 부피가 커져버리기 때문에, 절충점에서 프로젝터의 설계가 이루어진다.

도 1은 종래 피코 프로젝터에 사용되는 피코 프로젝터 광학 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 피코 프로젝터 광학 시스템은 피코 프로젝터 광학 시스템의 부피를 작게 하기 위해 폴드 미러(151)를 채용하여 형성된다.

그러나 전술한 바와 같이 폴드 미러(151)를 채용하여 DMD 패널(Digital Mirror Device)(171)로의 광 경로를 형성하는 경우 도 2에 도시한 바와 같이 폴드 미러(151)에 의해 조사되는 영역과 DMD 패널 사이에 부정합이 발생하게 되어 광의 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 폴드 미러에 의해 조사되는 영역과 DMD 패널 사이에 위치 정합을 제공하여 광의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 양태에 따르면, 광원으로부터 조사된 광을 폴드 미러를 사용하여 DMD(Digital Mirror Device) 패널에 전달함으로써, DMD 패널에 형성된 상이 스크린으로 투사되는 피코 프로젝터 유닛이 제공되고,

피코 프로젝터 유닛은, 피코 프로젝터 유닛은 광원과 폴드 미러 사이에 광균일화 수단을 포함하고,

광균일화 수단은 광원으로부터 전달된 광을 사각 형상의 광프로파일을 가진 균일한 광을 형성하여 폴드 미러로 전달하도록 사각 형상을 가진 복수개의 마이크로 렌즈 셀 어레이가 형성되어 있으며, 광균일화 수단은 폴드 미러에 의해 DMD 패널로 전달되는 사각 형상의 광프로파일을 가진 광의 기울기를 보정하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 광균일화 수단에 형성된 마이크로 렌즈 셀 어레이가 미리정해진 각도로 경사져 형성될 수 있으며, 그렇지 않으면 마이크로 렌즈 셀 어레이를 가진 광균일화 수단 자체가 폴드 미러 사이에 미리 정해진 각도로 경사져 배치될 수 있다.

광원은 청색 LED, 적색 LED 및 녹색 LED를 포함하여 이루어지는데, 청색 LED와 적색 LED는 제1 칩 패키지 내에 형성되며, 녹색 LED는 제2 칩 패키지 내에 형성되어 광원에 의해 차지되는 공간이 절약될 수 있다.

또한 광원과 광균일화 수단 사이에 2매의 다이크로익 필터로 이루어진 다이크로익 필터부를 더 포함하고, 제1 칩 패키지로부터 조사된 적색광은 제1 다이크로익 필터에 의해 광균일화 수단을 향해 반사되어 입사되고, 제1 칩 패키지로부터 조사된 청색광은 제1 다이크로익 필터를 통과하여 제2 다이크로익 필터에 의해 광균일화 수단을 향해 반사되어 입사되고, 제2 칩 패키지로부터 조사된 녹색광은 제2 다이크로익 필터 및 제1 다이크로익 필터를 통과하여 광균일화 수단을 향해 입사되도록 구성된다.

제1 칩 패키지와 다이크로익 필터부 사이에 칩 패키지로부터 조사된 광을 다이크로익 필터부로 시준하기 위한 2매의 렌즈로 이루어진 제1 콜리메이션 렌즈를 포함하고,

제2 칩 패키지와 다이크로익 필터부 사이에 칩 패키지로부터 조사된 광을 다이크로익 필터부로 시준하기 위한 2매의 렌즈로 이루어진 제2 콜리메이션 렌즈를 포함항 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 폴드 미러로 입사되는 광은, 폴드 미러의 기울기로 인해 발생되는 DMD 패널과 조사 영역의 부정합 각도를 보정하도록 θ만큼 경사진 렌즈 셀 어레이를 가진 플라이아이 렌즈를 배치하거나 또는 플라이아이 렌즈 자체를 각도 θ만큼 경사지게 배치함으로써 피코 프로젝터 내의 광학 시스템의 광 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 피코 프로젝터의 광학 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래의 피코 프로젝터에서 폴드 미러에 의해 조사된 영역과 DMD 패널 영역 사이의 위치 부정합을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 피코 프로젝터에 사용되는 광학 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 플라이아이 렌즈를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 경사진 렌즈 셀 어레이를 가진 플라이아이 렌즈를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 플라이아이 렌즈를 미리정해진 각도로 회전시킨 형상을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 플라이아이 렌즈에 의해 폴드 미러에 의해 조사된 영역과 DMD 패널 영역 사이의 위치 보정을 개략적으로 도시한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 따른 피코 프로젝터에 사용되는 광학 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 피코 프로젝터용 광학 시스템은 광원부(100), 광원으로부터의 빛을 집광하기 위한 콜리메이터 렌즈(110), 콜리메이터 렌즈(110)로부터 출사된 광을 반사 또는 통과시키기 위한 다이크로익 필터부(120), 다이크로익 필터부(120)로부터 출사되는 광을 수신하여 광을 사각형상으로 균일하게 전달하는 플라이아이 렌즈(131), 플라이아이 렌즈(131)로부터 출사되는 광을 폴드 미러(151) 측으로 중계하는 릴레이 렌즈(141), 릴레이 렌즈(141)로부터 전달된 광을 DMD 패널을 향해 반사시키기 위한 폴드 미러(151), 폴드 미러(151)로부터 반사된 광을 중계하는 동시에 프로젝션 렌즈부(181)의 일부를 형성하는 필드 렌즈(161), 및 영상을 생성하기 위한 DMD 패널(171), DMD 패널로부터의 영상을 스크린 측으로 조사하기 위한 프로젝션 렌즈부(181)를 포함하여 형성된다.

광원부(100)는 예를 들면 3개의 LED로 이루어지는데, 제1 광원으로서는 청색 발광 LED(101)가 사용되고, 제2 광원으로서는 적색 발광 LED(102)가 사용되며, 마지막으로 제3 광원으로서 녹색 발광 LED(103)가 사용되었다. 그러나 본 발명에서는 이에 한정되지 않고, 광원부(100)로서 레이저 다이오드 칩 또는 기타 적당한 발광소자 칩이 사용될 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1 광원(101) 및 제2 광원(102)는 하나의 LED 칩 패키지 내에 형성될 수도 있고, 제3 광원(103)은 별도의 칩 패키지로 형성하여 광원부(100)에 의해 차지되는 영역을 감소시킬 수 있다.

하나의 칩 패키지로 형성된 제1 광원(101) 및 제2 광원(102)의 전방에는 한쌍으로 이루어진 제1 콜리메이션 렌즈부(111)가 형성되어, 제1 및 제2 광원(101,102)으로부터 출사되는 광을 광경로상의 후단에 위치된 다이크로익 필터부(120)에 시준한다.

이와 유사하게, 제3 광원(103)의 전방에도 한쌍으로 이루어진 제2 콜리메이션 렌즈부(112)가 형성되어, 제3 광원(103)으로부터 출사되는 광을 광경로상의 후단에 위치된 다이크로익 필터부(120)에 시준한다.

다이크로익 필터부(120)는 2개의 다이크로익 필터, 즉 제1 다이크로익 필터(121)과 제2 다이크로익 필터(122)를 포함하여 구성된다. 제1 다이크로익 필터(121)의 일표면은 적색광의 파장을 굴절 및 반사하고 적색광 이외의 청색 또는 녹색광의 파장은 통과하도록 처리된다. 따라서 제1 광원(101)로부터 조사되는 청색광은 제1 다이크로익 필터(121)를 통과하게 되고 제2 광원(102)로부터 조사되는 적색광은 제1 다이크로익 필터(121)에서 반사되어 그 전방에 위치한 플라이아이 렌즈(131)로 입사되게 된다.

제2 다이크로익 필터(122)의 일표면은 청색광의 파장을 굴절 및 반사하고 청색광 이외의 적색 또는 녹색광의 파장은 통과하도록 처리된다. 따라서 제1 광원(101)로부터 조사되고 제1 다이크로익 필터(121)를 통과한 청색광은 제2 다이크로익 필터(122)에서 반사되어 그 전방에 위치한 플라이아이 렌즈(131)로 입사되게 된다.

제1 다이크로익 필터(121)는 적색광에 해당하는 파장만을 반사하고 또한 제2 다이크로익 필터(122)는 청색광에 해당하는 파장만을 반사함에 따라 제3 광원으로부터 조사되는 녹색광은 제1 다이크로익 필터(121) 및 제2 다이크로익 필터(122)를 모두 통과하여 광경로 상의 전방에 위치한 광균일화 수단으로서의 플라이아이 렌즈(131)로 입사되게 된다.

플라이아이 렌즈(131)는 다이크로익 필터부(120)와 후단에 배치되는 릴레이 렌즈(141)의 사이에 배치되어 다이크로익 필터부(120)로부터 입사되는 광을 균일하게 전달시킨다.

도 4는 본 발명에 플라이아이 렌즈(131)를 개략적으로 도시한 도면이다. 플라이아이 렌즈(131)는 복수개의 렌즈 셀 어레이로 형성된 렌즈로서 균일하게 광을 전달하는 효과를 가진다. 본 발명에 따른 플라이아이 렌즈는 DMD 패널의 형상에 대응하여 대략 사각형상을 지닌 복수개의 렌즈 셀 어레이로 구성되며 따라서 플라이아이 렌즈(131)를 통과한 광은 대략 사각형상의 광프로파일을 가지면서 균일하게 전달된다.

또한 본 발명에 따른 플라이 아이 렌즈(131)의 사각 형상을 지닌 복수개의 렌즈 셀 어레이는 도 5에 도시한 바와 같이 각도 θ만큼 경사져서 형성된다. 렌즈 셀 어레이가 경사지는 각도 θ는 폴드 미러(151)의 폴드 각도 θ'에 따라 맞춰 설계되는 것이 바람직하다. 다음은 폴드 미러(151)의 폴드 각도θ'와 렌즈 셀 어레이의 경사 각도 θ사이의 관계를 나타낸다.

θ = - θ' / 2

도 6은 도 5에 도시한 플라이아이 렌즈와는 다르게 플라이아이 렌즈(131)를 회전시켜 장착한 도면이다. 이 역시 플라이아이 렌즈(131)를 각도 θ만큼 회전시킴으로써 도 5에 도시한 바와 같이 플라이아이 렌즈의 렌즈 셀 어레이가 각도 θ만큼 경사지게 된다. 그러나 이 경우 플라이아이 렌즈를 회전시켜 피코 프로젝터 광학계에 설치하기 위해서는 별도의 플라이아이용의 프레임이 필요할 수도 있고 또는 피코 프로젝터 광학계를 설계시 이를 고려해야할 필요가 있다.

다음으로, 플라이아이 렌즈(131)를 통과한 사각형상의 광프로파일을 가지는 광은 광경로상의 후단에 위치된 릴레이 렌즈(141)를 통과하여 폴드 미러(151)로 입사된다.

폴드 미러(151)는, 피코 프로젝터의 공간 효율을 높이기 위해, 광원으로부터 입사되어 릴레이 렌즈(141)를 통과한 광의 방향을 변경하여 DMD 패널(171)측으로 입사시키도록 기울어져 형성된다.

기본적으로 폴드 미러(151)로 입사되는 광은, 폴드 미러(151)의 기울기로 인해 발생되는 DMD 패널과 조사 영역의 부정합을 보정하도록, 도 5 또는 도 6에 도시한 바와 같이 θ만큼 경사진 렌즈 셀 어레이를 가진 플라이아이 렌즈를 배치하거나 또는 플라이아이 렌즈 자체를 각도 θ만큼 경사지게 배치함으로써 최종적으로는 경사진 사각형상의 광프로파일이 폴드 미러로 입력된다.

이때 폴드 미러(151)에 의해 발생되는 부정합은 플라이아이 렌즈(131)에 의해 θ만큼 보정되므로 최종적으로는 DMD 패널 상에서는 조명 분포는 도 7에 도시한 바와 같이 서로 정합되어 피코 프로젝터 내의 광학 시스템의 광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이어서, DMD 패널(171)에서 생성된 영상 또는 화상은 프로젝션 렌즈(181)의 일부를 이루는 동시에 광의 중계 역할을 수행하는 필드 렌즈(161)를 통과하여 프로젝션 렌즈(181)로 입사되고 프로젝션 렌즈(181)를 통해 초점 거리 등을 조절하여 스크린 상에 영상 또는 화상이 디스플레이 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 광원 101: 청색 LED
102: 적색 LED 103: 녹색 LED
110: 콜리메이션 렌즈부 111: 제1 콜리메이션 렌즈
112: 제2 콜리메이션 렌즈 120: 다이크로익 필터부
121: 제1 다이크로익 필터 122: 제2 다이크로익 필터
131: 플라이아이 렌즈 141: 릴레이 렌즈
151: 폴드 미러 161: 필드 렌즈
171: DMD 패널 181: 프로젝션 렌즈

Claims

광원으로부터 조사된 광을 폴드 미러를 사용하여 DMD(Digital Mirror Device) 패널에 전달함으로써, DMD 패널에 형성된 상이 스크린으로 투사되는 피코 프로젝터 유닛에 있어서,
상기 피코 프로젝터 유닛은 상기 광원과 상기 폴드 미러 사이에 광균일화 수단을 포함하고,
상기 광균일화 수단은 광원으로부터 전달된 광을 균일하게 후단으로 전달하는 동시에 사각 형상의 광프로파일을 가진 광을 형성하여 폴드 미러로 전달하도록 사각 형상을 가진 복수개의 마이크로 렌즈 셀 어레이가 형성되어 있으며,
상기 광균일화 수단은 폴드 미러에 의해 DMD 패널로 전달되는 사각 형상의 광프로파일을 가진 광의 기울기를 보정하도록 형성된 것을 특징으로 하는 피코 프로젝터 유닛.
제1항에 있어서,
상기 광균일화 수단에 형성된 마이크로 렌즈 셀 어레이가 미리정해진 각도로 경사져 형성된 것을 특징으로 하는 피코 프로젝터 유닛.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈 셀 어레이를 가진 광균일화 수단은 상기 폴드 미러 사이에 미리 정해진 각도로 경사져 배치된 것을 특징으로 하는 피코 프로젝터 유닛.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 광원은 청색 LED, 적색 LED 및 녹색 LED를 포함하고,
상기 청색 LED와 상기 적색 LED는 제1 칩 패키지 내에 형성되며, 상기 녹색 LED는 제2 칩 패키지 내에 형성된 것을 특징으로 하는 피코 프로젝터 유닛.
제4항에 있어서,
상기 광원과 상기 광균일화 수단 사이에 2매의 다이크로익 필터로 이루어진 다이크로익 필터부를 더 포함하고,
상기 제1 칩 패키지로부터 조사된 적색광은 제1 다이크로익 필터에 의해 상기 광균일화 수단을 향해 반사되어 입사되고,
상기 제1 칩 패키지로부터 조사된 청색광은 상기 제1 다이크로익 필터를 통과하여 제2 다이크로익 필터에 의해 상기 광균일화 수단을 향해 반사되어 입사되고,
상기 제2 칩 패키지로부터 조사된 녹색광은 상기 제2 다이크로익 필터 및 상기 제1 다이크로익 필터를 통과하여 상기 광균일화 수단을 향해 입사되는 것을 특징으로 하는 피코 프로젝터 유닛.
제5항에 있어서,
상기 제1 칩 패키지와 상기 다이크로익 필터부 사이에 상기 제1 칩 패키지로부터 조사된 광을 상기 다이크로익 필터부로 시준하기 위한 2매의 렌즈로 이루어진 제1 콜리메이션 렌즈를 포함하고,
상기 제2 칩 패키지와 상기 다이크로익 필터부 사이에 상기 제2 칩 패키지로부터 조사된 광을 상기 다이크로익 필터부로 시준하기 위한 2매의 렌즈로 이루어진 제2 콜리메이션 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 피코 프로젝터 유닛.