KR101341522B1 - 프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 입사측 경로와 상기 광의 출사측 경로의 각도를 조절하고, 상기 조절된 광 입사측 경로에 균일광 조명 유닛을 배치하고, 상기 조절된 광 출사측 경로에 투사 광학계를 배치함으로써, 전체 광학계의 구성을 소형화할 수 있는 프로젝터에 관한 것이다.

Description

프로젝터{Projector}

본 발명은 프로젝터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광학적 위치를 변경하여 소형화할 수 있는 프로젝터에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝터는 디스플레이 소자에서 형성된 화상을 광원에서 조사된 광을 이용하여 스크린에 투사함으로써 영상을 표시한다. 상기 화상투사장치는 대화면을 구현하면서도 전체 크기의 소형화를 위하여, 발광소자(Light Emitting Diode; 이하 'LED')가 새로운 광원으로 대두되고 있다.

상기 LED를 광원으로 이용시, 상기 LED의 특성상 조명시스템의 소형화가 가능하고, 자연색 구현이 용이하다. 또한, 아크 방전에 의하여 광을 생성하는 램프에 비하여 수명이 길며, 낮은 전력에서 구동할 수 있다는 이점이 있다.

한편, 상기 LED는 광출력이 적어, 대화면 프로젝터를 구현하고자 하는 경우, 다수의 LED가 광원으로 이용되어야 하는데, 다수의 LED 광원에서 조사된 광을 투사렌즈 광학계에 조명하기 위해서는 조명 광학계의 구성이 대형화되는 단점이 있다.

도 1은 종래의 LED 광원을 구비한 프로젝터를 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 프로젝터는 광을 조명하는 조명 광학계(10)와, 입 사광을 혼합하여 균일광이 되도록 하는 적분기(20)와, 화상을 생성하는 디스플레이 소자(31)와, 상기 조명 광학계(10)에서 조명된 광이 상기 디스플레이 소자(31)로 향하도록 하는 반사경(35) 및, 상기 디스플레이 소자(31)에서 생성된 화상을 스크린(50)에 투사하는 투사 광학계(40)를 포함하여 구성된다.

상기 조명 광학계(10)는 적색, 녹색 및 청색 광을 각각 조명하는 제1 내지 제3 LED 광원(11, 12, 13)과, 상기 제1 내지 제3 LED 광원(11, 12, 13)에서 출사하는 광을 집광하는 제1 집광렌즈(14)와, 상기 집광렌즈(14)에서 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈(15)와, 상기 콜리메이팅 렌즈(15)에서 출사되는 광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성하는 다이크로익 미러(16)와, 상기 다이크로익 미러(16)에서 출사되는 광을 다시 집광하는 제2 집광렌즈(17)를 포함하여 구성된다.

상기 적분기(20)는 광이 입사 또는 출사되는 입사면(21) 및 출사면(25)을 구비하며, 입사면(21)에서 출사면(25)까지의 길이가 상기 입사면(21)의 대각선 길이에 비하여 긴 직육면체 형상을 가진다.

상기 적분기(20)의 배치를 살펴볼 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 입사광축 상에 배치되는 것으로 프로젝터의 앞, 뒤폭방향으로 길게 배열된다.

상기 투사 광학계(40)는 출사광축 상에 배열되는 것으로, 입사된 화상을 확대 투사시킨다. 여기서, 상기 적분기(20)가 위치된 입사광축과 상기 투사 광학계(40)가 위치된 출사광축의 배치를 살펴보면, 상호 직각을 이루도록 배치되어 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성된 프로젝터는 상기 적분기(20)가 입사광축을 따라 길이 방향으로 배치되어 있으므로, 상기 적분기(20)가 점유하는 공간이 커서 프로젝터 전체의 크기를 소형화하는데 한계가 있다.

본 발명의 목적은, 광 입사측 경로와 상기 광의 출사측 경로의 각도를 조절하여 광학계의 구성을 소형화할 수 있는 프로젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로젝터는, 광원으로부터 생성된 광이 일 방향을 향하도록 조명하는 조명 광학계와; 제1 광경로 상에 배치되고, 상기 조명 광학계로부터 조명된 광을 균일광으로 변환하는 균일광 조명 유닛과; 제2 광경로 상에 배치되고, 상기 적분기에서 출사된 광으로부터 화상을 형성하는 디스플레이 소자와; 상기 제2 광 경로 상에 배치되고, 상기 디스플레이 소자에서 형성된 화상을 스크린으로 확대 투사하는 투사 광학계;를 포함하되, 상기 제1 광경로와 상기 제2 광경로가 예각(銳角) 범위 내의 경사 각도를 이루도록 상기 균일광 조명 유닛과 상기 투사 광학계가 배치된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 광경로와 상기 제2 광경로는 5° 내지 30° 범위 내의 각도를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조명 광학계는 광을 발생하는 광원과; 상기 광원으로부터 출사된 광을 집광하는 집광렌즈와; 상기 집광렌즈로부터 집광된 광을 전달받아 평행광으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens)와; 상기 콜리메이팅 렌즈로부터 출사된 평행광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성하는 다수의 다이크로익 미러;를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 균일광 조명 유닛은 상기 조명 광학계로부터 출사된 광을 상기 제1 광경로로 반사시키는 제1 반사경과; 상기 제1 광경로상에 배치되고, 상기 제1 반사경에 의해 반사된 광을 균일광이 되도록 하는 적분기와; 상기 적분기로부터 출사된 광을 상기 디스플레이 소자로 반사시키는 제2 반사경;을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 균일광 조명 유닛은 상기 조명 광학계로부터 출사된 광을 상기 제1 광경로로 반사시키는 제1 반사경과; 상기 제1 광경로상에 배치되고, 상기 제1 반사경에 의해 반사된 광을 균일광이 되도록 하는 플라이 아이 렌즈와; 상기 적분기로부터 출사된 광을 상기 디스플레이 소자로 반사시키는 제2 반사경;을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 프로젝터는, 광 입사측 경로와 상기 광의 출사측 경로의 각도를 조절하고, 상기 조절된 광 입사측 경로에 균일광 조명 유닛을 배치하고, 상기 조절된 광 출사측 경로에 투사 광학계를 배치함으로써, 전체 광학계의 구성을 소형화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명 을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 프로젝터의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝터를 나타낸 일 실시예 개략적 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 프로젝터(200)는 조명 광학계(210)와, 균일광 조명 유닛(220)과, 투사 광학계(230)를 포함하여 구성된다.

본 발명은 광 입사측 경로(Ⅰ)와 상기 광의 출사측 경로(Ⅱ)의 각도를 예각(銳角)(0° 내지 90°) 범위 내의 경사 각도(θ)를 이루도록 조절하고, 상기 조절된 광 입사측 경로(Ⅰ)에 상기 균일광 조명 유닛(220)을 배치하고, 상기 조절된 광 출사측 경로(Ⅱ)에 투사 광학계(230)를 배치함으로써, 전체 광학계의 구성을 소형화할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 프로젝터(200)에는 필요에 따라 전술한 구성요소 이외의 것이 포함되어 구성될 수 있을 것이나, 상기 전술한 구성요소 이외의 것은 본 발명에 직접적 연관이 있는 것은 아니므로 설명의 간명함을 위해 이에 대한 자세한 설명은 이하 생략된다.

한편, 상기 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐져서 구성되거나, 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있음을 유념해야 한다.

이하, 본 발명에 따른 프로젝터(200)의 구성 요소들에 대해 차례로 살펴본다.

조명 광학계(210)는, 광원(211a, 211b, 211c)과, 제1 집광렌즈(212a, 212b, 212c)와, 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens)(213a, 213b, 213c)와, 다이크로익 미러(214a, 214b)와, 제2 집광렌즈(215)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(211a, 211b, 211c)은 램프, 레이저 또는 LED로써, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광을 생성하여 출사한다.

상기 제1 집광렌즈(212a, 212b, 212c)는 상기 광원(211a, 211b, 211c)으로부터 출사된 광들을 집광한다.

상기 콜리메이팅 렌즈(213a, 213b, 213c)는 상기 제1 집광렌즈(212a, 212b, 212c)에 의해 집광된 광을 평행광으로 변환한다.

상기 다이크로익 미러(214a, 214b)는 특정 파장을 갖는 빛만을 선택적으로 반사 또는 투과시켜 원하는 파장대의 빛을 얻을 수 있는 미러로서, 보통 빛의 간섭을 이용한다.

이러한 다이크로익 미러(214a, 214b)는 도 2를 예를 들면, 청색(211c) 광과 적색(211a) 광이 교차하는 위치에 제1 다이크로익 미러(214a)가 위치하고, 또한 녹색(211b) 광과 적색(211a) 광이 교차하는 위치에 제2 다이크로익 미러(214b)가 위치할 수 있다.

이때, 제1 다이크로익 미러(214a)는 도 2과 같이, 청색(211c) 광을 투과하고, 녹색(211b) 광 및 적색(211a) 광은 반사시킬 수 있다.

한편, 제2 다이크로익 미러(214b)는 녹색(211b) 광은 반사시키고, 적색(211a) 광은 투과시킬 수 있다.

이와 같이, 적색(211a) 광, 녹색(211b) 광 및 청색(211c) 광은 두 개의 다이크로익 미러(214a, 214b)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.

제2 집광렌즈(215)는 상기 다이크로익 미러(214a, 214b)에 의해 합성된 광을 다시 집광한다.

상기 균일광 조명 유닛(220)은 광 입사측 경로(Ⅰ) 상에 배치되고, 상기 조명 광학계(210)로부터 조명된 광을 균일광으로 변환하고, 상기 균일광이 디스플레이 소자(232)에 입사되도록 한다.

상기 균일광 조명 유닛(220)은, 제1 및 제2 반사경(221, 224)과, 적분기(222)와, 제1 및 제2 조명렌즈(223, 225)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 반사경(221)은 상기 광 입사측 경로(Ⅰ)에 배치되고, 상기 조명 광학계(210)에서 출사된 광을 적분기(222)로 반사시킨다.

상기 적분기(222)는 상기 광 입사측 경로(Ⅰ)에 배치되고, 상기 제1 반사경(221)으로부터 반사된 광을 균일한 광도를 가지는 형태로 셰이핑을 한다.

상기 적분기(222)는 막대 형태의 막대형의 로드 렌즈(rod lens) 또는 상자형의 미러로 이루어지는 광 터널과 깔때기, 사다리꼴 형상의 광 퍼널 등이 이용될 수 있다.

상기 제1 조명렌즈(223)는 상기 광 입사측 경로(Ⅰ)에 배치되고, 상기 적분기(170)에서 나온 광을 조명한다.

상기 제2 반사경(224)은 상기 광 입사측 경로(Ⅰ)에 배치되고, 상기 제1 조 명렌즈(223)를 통과한 광을 제2 조명렌즈(225)를 통해 상기 투사 광학계(230)로 반사시킨다.

본 발명은 상기 도 2에서와 같이 균일광 조명 유닛(220)으로서, 적분기(222)를 사용하였으나, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 적분기(222) 대신에 플라이 아이 렌즈(222a)를 사용할 수도 있다. 상기 플라이 아이 렌즈(222a)를 사용할 경우 상기 조명 광학계(210)의 제2 집광렌즈(215)는 생략될 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 균일광 조명 유닛(220)은 상기 광 입사측 경로(Ⅰ) 상에 배치되고, 상기 광 입사측 경로(Ⅰ)는 상기 균일광 조명 유닛(220)의 공간 배치를 최소화하기 위해 광 출사측 경로(Ⅱ)와 예각 범위의 경사 각도(θ)를 이룬다.

상기 투사 광학계(230)는 제3 반사경(231)과, 디스플레이 소자(232)와, 투사렌즈(233)를 포함하여 구성된다.

상기 제3 반사경(231)은 상기 균일광 조명 유닛(220)으로부터 전달된 광을 디스플레이 소자(232)로 반사시킨다.

상기 디스플레이 소자(232)는 광 출사측 경로(Ⅱ) 상에 배치되고, 상기 제3 반사경(231)으로부터 전달된 광을 선택적으로 투과 또는 반사시켜 화상을 형성한다.

상기 디스플레이 소자(232)는 입사광을 각 화소 단위로 선택적으로 반사시킴에 의해 화상을 형성하는 디지털 마이크로 미러 소자, 반사형 액정표시소자(Liquid Crystal on Silicon; 이하 'LCS') 등의 반사형 화상 형성 유닛, 입사광을 각 화소 단위로 선택적으로 투과시킴에 의해 화상을 형성하는 투과형 액정표시소자 등의 투 과형 화상 형성 유닛이 될 수 있다.

투사렌즈(233)는 상기 광 출사측 경로(Ⅱ) 상에 배치되어, 상기 디스플레이 소자(232)에서 형성된 화상을 스크린(300)으로 확대 투사시킨다.

여기서, 본 발명에 따른 투사 광학계(230)는 상기 광 출사측 경로(Ⅱ) 상에 배치되고, 상기 광 출사측 경로(Ⅱ)는 수직을 이룬다.

이하, 도 4를 참조하여 소형화를 위한 본 발명의 프로젝터의 구조에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 종래 프로젝터의 광학계 구조 대비 본 발명의 프로젝터 광학계 구조를 비교한 설명도이다.

도 4를 참조하면, 종래의 프로젝터의 광 입사측 경로(H)와 광 출사측 경로(V)는 서로 직각의 각도를 이루고, 상기 광 입사측 경로(H)에는 조명 광학계와 균일광 조명 유닛이 배치되고, 상기 광 출사측 경로(V)는 디스플레이 소자 및 투사 광학계가 배치된다.

본 발명 프로젝터(200)의 광 입사측 경로(Ⅰ)는 상기 광 출사측 경로(Ⅱ)에 대해 예각 범위내의 각도(θ)를 이루고, 상기 광 입사측 경로(Ⅰ)는 균일광 조명 유닛(220)이 배치되고, 상기 광 출사측 경로(Ⅱ)에는 디스플레이 소자(231)를 포함한 투사 광학계(230)가 배치된다.

이때, 상기 θ는 5° 내지 30°가 가장 바람직하다. 그 이유는 상기 5°일 경우 광 입사측 경로(Ⅰ)에 배치된 균일광 조명 유닛(220)이 상기 광 출사측 경로(Ⅱ)에 배치된 투사 광학계(230)와 너무 붙어서 소자들 간의 간섭이 발생될 수 있고, 상기 30°이상의 각도를 이룰 경우 소형화가 어려운 문제점이 발생된다.

본 발명에 따른 프로젝터(200)는 상기 제1 반사경(221)과 제2 반사경(224) 사이의 거리인 k에 따라 수평 방향으로 k×sin(θ) 만큼 줄일 수 있고, 높이 방향으로 k×[1-cos(θ)]만큼 줄일 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 프로젝터(200)는 상기와 같은 구조를 가짐으로써, 종래의 프로젝터와 비교했을 때, 수평 방향으로 H-k×sin(θ), 수직 방향으로 V-k×[1-cos(θ)]의 크기를 갖는 것이다.

상기와 같이, 본 발명은 광 입사측 경로(Ⅰ)와 상기 광 출사측 경로(Ⅱ)를 경사진 각도로 배치함으로써, 종래의 프로젝터에 비해 월등하게 소형화를 이룰 수 있다.

이상 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 예를 들면, 본 기술분야의 당업자에게는 전술한 실시예들을 서로 조합하여 사용하는 것도 매우 용이할 것이다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

도 1은 종래의 LED 광원을 구비한 프로젝터를 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝터를 나타낸 일 실시예 개략적 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 프로젝터를 나타낸 다른 실시예 개략적 구성도이다.

도 4는 종래 프로젝터의 광학계 구조 대비 본 발명의 프로젝터 광학계 구조를 비교한 설명도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

200: 프로젝터 210: 조명 광학계

211: 광원 212: 제1 집광렌즈

213: 콜리메이팅 렌즈 214: 다이크로익 미러

215: 제2 집광렌즈 220: 균일광 조명 유닛

221: 제1 집광렌즈 222: 적분기

223: 제1 조명렌즈 224: 제2 반사경

225: 제2 조명렌즈 230: 투사 광학계

231: 제3 반사경 232: 디스플레이 소자

233: 투사렌즈 300: 스크린

Claims (5)

1. 광원으로부터 생성된 광이 일 방향을 향하도록 조명하는 것으로서, 광을 발생하는 광원, 상기 광원으로부터 출사된 광을 집광하는 제1 집광렌즈, 상기 집광렌즈로부터 집광된 광을 전달받아 평행광으로 변환하는 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens), 및 상기 콜리메이팅 렌즈로부터 출사된 평행광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성하는 다수의 다이크로익 미러를 포함하는 조명 광학계;

   제1 광경로 상에 배치되고, 상기 조명 광학계로부터 조명된 광을 균일광으로 변환하는 균일광 조명 유닛;

   제2 광경로 상에 배치되고, 상기 균일광 조명 유닛에서 출사된 광으로부터 화상을 형성하는 디스플레이 소자;

   상기 제2 광 경로 상에 배치되고, 상기 디스플레이 소자에서 형성된 화상을 스크린으로 확대 투사하는 투사 광학계;를 포함하되,

   상기 제1 광경로와 상기 제2 광경로가 예각(銳角) 범위 내의 경사 각도를 이루도록 상기 균일광 조명 유닛과 상기 투사 광학계가 배치된 것을 특징으로 하는 프로젝터.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 광경로와 상기 제2 광경로는 5° 내지 30° 범위 내의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
3. 제1 항에 있어서, 상기 조명 광학계는,

   상기 다이크로익 미러에 의해 합성된 광을 다시 집광하는 제2 집광렌즈를 더 포함하는 프로젝터.
4. 제1 항에 있어서, 상기 균일광 조명 유닛은,

   상기 조명 광학계로부터 출사된 광을 상기 제1 광경로로 반사시키는 제1 반사경;

   상기 제1 광경로상에 배치되고, 상기 제1 반사경에 의해 반사된 광을 균일광이 되도록 하는 적분기;

   상기 적분기로부터 출사된 광을 상기 디스플레이 소자로 반사시키는 제2 반사경;을 포함하여 이루어지는 프로젝터.
5. 제1 항에 있어서, 상기 균일광 조명 유닛은,

   상기 조명 광학계로부터 출사된 광을 상기 제1 광경로로 반사시키는 제1 반사경;

   상기 제1 광경로상에 배치되고, 상기 제1 반사경에 의해 반사된 광을 균일광이 되도록 하는 플라이 아이 렌즈;

   상기 플라이 아이 렌즈로부터 출사된 광을 상기 디스플레이 소자로 반사시키는 제2 반사경;을 포함하여 이루어지는 프로젝터.

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