KR101467759B1 - 레이저 프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이크로익 미러와 RPP를 광터널 내부에 형성하여 레이저 프로젝터의 크기를 소형화할 수 있고, 상기 RPP의 배열 구조를 개량하여 효율적으로 스펙클을 제거할 수 있는 레이저 프로젝터에 관한 것이다.

Description

레이저 프로젝터{Laser projector}

본 발명은 영상 투사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 광원을 사용하는 레이저 프로젝터에 관한 것이다.

최근 대화면의 고화질 화상을 구현하는 장치로서, 액정디스플레이(Liquid Crystal Display)와 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel) 그리고 프로젝터와 같은 투사 표시 장치(Projection Display System) 등이 이용되고 있다.

도 1은 일반적인 레이저 광원을 이용한 레이저 표시 장치의 구성 요소를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 적색(R)/녹색(G)/청색(B) 레이저 다이오드(1a, 1b, 1c)로부터 출사된 레이저 광은 다이크로익 미러들(2a, 2b)에 의해 일부 색이 투과 또는 반사하여 합성된다.

그리고, 상기 다이크로익 미러들(2a, 2b)에 의해 합성된 광은 RPP(Ramdom Phase Plate; 이하 'RPP')(3)를 경유하여 광터널(4)을 통해 패널(5)로 입사되어 스크린으로 영상이 투사된다. 이때, RPP(3)는 레이저 광의 위상을 불규칙적으로 변환시켜 상기 레이저 광에서 발생할 수 있는 스펙클(Speckle)을 제거한다.

상기와 같은 종래의 레이저 프로젝터는 다이크로익 미러들(2a, 2b)과 RPP(3)와 광터널(4)이 일직선상에 위치하여 레이저 프로젝터 전체의 크기를 소형화하는데 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저 프로젝터 전체의 크기를 소형화하고, 레이저 광에서 발생할 수 있는 스펙클을 효과적으로 제거할 수 있는 레이저 프로젝터에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 적색, 녹색 및 청색 레이저 발광소자로 이루어지는 광원과; 상기 광원에서 출사된 레이저 광이 입사되는 광터널과; 상기 광터널을 통해 입사된 레이저 광을 이용하여 스크린상에 영상을 투사하는 디스플레이 소자;를 포함하되, 상기 광터널의 내부에는, 상기 광원으로부터 출사된 레이저 광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성하는 합성부와, 상기 합성부를 통해 합성된 레이저 광의 위상을 불규칙적으로 변환하여 스펙클을 제거하는 스펙클 제거부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 합성부는 상기 적색 레이저 광을 투과하고 상기 녹색 레이저 광을 반사하는 제1 다이크로익 미러와; 상기 적색 레이저 광과 상기 녹색 레이저 광을 투과하고 상기 청색 레이저 광을 반사하는 제2 다이크로익 미러를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 제1 및 제2 다이크로익 미러는 일직선상에 위치하도록 상기 광터널 내부에 설치될 수 있다.

삭제

또한, 상기 합성부와 상기 스펙클 제거부는 상기 광터널 내부에서 일직선상 에 위치하도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 스펙클 제거부는 상기 레이저 광의 위상을 불규칙하게 변환하는 불규칙 패턴이 구비된 복수의 RPP(Random Phase Plate)들이 배열되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 RPP들은 일정한 순서로 나열된 스택(Stack) 구조로 배열될 수 있고, 상기 RPP들은 서로 마주보도록 배열되고 상기 RPP들의 불규칙 패턴이 형성되지 않은 외부 표면에는 반사막이 형성될 수도 있다.

본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 다이크로익 미러와 RPP를 광터널 내부에 형성하여 레이저 프로젝터의 크기를 소형화할 수 있고, 상기 RPP의 배열 구조를 개량하여 효율적으로 스펙클을 제거할 수 있는 효과가 있다.

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

본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

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

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)는, 레이저 광원(21)과, 광터널(24) 및 디스플레이 소자(25)을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)에는 필요에 따라 전술한 구성요 소 이외의 것(집광 렌즈, 회절 렌즈, 투사 렌즈 등)이 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 레이저 프로젝터(20)의 구성 요소들에 대해 차례로 살펴본다.

레이저 광원(21)은 적색(R)/녹색(G)/청색(B) 레이저 다이오드(21a, 21b, 21c)를 포함하여 구성되며, 적색/청색/녹색 레이저 광을 출사한다.

합성부(22)는 상기 레이저 광원(21)으로부터 출사된 레이저 광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성한다. 상기와 같은 합성부(22)는 복수의 다이크로익 미러들(22a, 22b)로 구성될 수 있다.

도 2를 예를 들면, 이러한 다이크로익 미러(214a, 214b)는 적색(21a) 레이저 광과 녹색(21b) 레이저 광이 교차하는 위치에 제1 다이크로익 미러(22a)가 위치하고, 적색(21a) 레이저 광과 청색(21c) 레이저 광이 교차하는 위치에 제2 다이크로익 미러(22b)가 위치할 수 있다.

이때, 제1 다이크로익 미러(22a)는 도 2과 같이, 적색(21a) 레이저 광을 투과하고, 녹색(21b) 레이저 광은 반사시킬 수 있다. 또한, 제2 다이크로익 미러(22b)는 청색(21c) 레이저 광은 반사시키고, 적색(21a) 레이저 광은 투과시킬 수 있다.

이와 같이, 적색(21a) 레이저 광, 녹색(21b) 레이저 광 및 청색(21c) 레이저 광은 두 개의 다이크로익 미러(22a, 22b)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.

상기와 같은 합성부(22)는 본 발명에 따라 레이저 프로젝터(20)의 크기를 소형화하기 위해 중공(hollow) 타입의 광터널(24) 내부에 설치된다. 이때, 합성부(22)의 제1 및 제2 다이크로익 미러(22a, 22b)는 상기 광터널(24) 내부에서 일직선 상에 설치된다.

또한, 스펙클 제거부(23)는 레이저 광의 위상을 불규칙하게 변환하는 불규칙 패턴이 구비된 복수의 RPP(Random Phase Plate; 이하 'RPP')들로 구성되고, 상기 합성부(22)를 통해 합성된 레이저 광의 위상을 불규칙적으로 변환하여 스펙클을 제거한다.

이하, 도 3을 참조하여 상기 RPP에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 RPP 구조를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, RPP는 불규칙적으로 이원화된 패턴(도 3의 a에 도시됨)에 상응하여 식각(Etching) 또는 몰딩(Molding) 등의 공정을 통하여 두 개의 층으로 이루어진 단면 구조를 가진다.

즉, 상기 RPP는 불규칙한 요철 구조를 통해 도 2 (a)의 블랙/화이트 영역을 형성하며, 레이저 광이 상기 요철 구조를 투과하면서 위상 차이가 생긴다.

즉, 요부와 철부를 통과한 레이저 광은 경로 차에 의하여 위상 차이를 가지 게 되고 위상 차이에 의하여 간섭 현상이 배제되어 스펙클이 제거된다.

이때, 레이저 광의 파장 변화에 따라 패턴의 식각 깊이(d)가 달라지는데, "d = λ/2(n-1)(단, "d"는 "식각 깊이"를, "λ"는 "레이저광의 파장"을, "n"은 "투과지수(index of glass)"를 의미함)"의 식에 의하여 식각 깊이가 계산된다.

도 3의 (b)에서, 레이저 광 사이의 간격이 "D"이고, RPP와 스크린 사이의 간격이 "L"일 때, 레이저 광에 위상차가 생겨서 영역 "σx" 상에서 발생되는 양단의 간섭이 억제될 수 있음을 볼 수 있다.

스펙클 제거부(23)는 상기와 같은 RPP가 이하의 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 특정한 패턴으로 복수개 배열되어 보다 효과적으로 스펙클을 제거할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 RPP들의 배열 구조를 나타낸 제1 실시예 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 RPP들의 배열 구조를 나타낸 제2 실시예 도면이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 종래 단일개의 RPP에 비해 본 발명에서는 다수개의 RPP들(23a, 23b, 23c)을 일정한 순서로 나열된 스택(Stack) 구조로 배열한다.

상기와 같이 다수개의 RPP들(23a, 23b, 23c)을 스택 구조로 배열함으로써, 상기 합성부(22)에서 합성된 레이저 광이 상기 다수개의 RPP들(23a, 23b, 23c)을 통과하는 과정에서 미쳐 위상차가 발생하지 않은 영역에서도 위상차가 발생할 수 있도록 하여 효과적으로 스펙클을 제거할 수 있다.

그 다음으로, 도 5를 참조하면, 종래 단일개의 RPP에 비해 본 발명에서는 제1 및 제2 RPP(23a, 23b)를 서로 마주보도록 배치하고, 상기 제1 및 제2 RPP(23a, 23b)의 불규칙 패턴이 형성되지 않은 외부 표면에 반사막(23d)을 형성한다. 이때, 상기 반사막(23d)은 레이저 광이 입사 및 출사될 수 있도록 형성한다.

본 발명은 상기와 같은 구조를 가짐으로써, 레이저 광이 상기 반사막(23d)에 의해 내부에서 불규칙하게 전반사 되어, 미쳐 위상차가 발생하지 않은 영역에서도 위상차가 발생할 수 있도록 하여 효과적으로 스펙클을 제거할 수 있다.

상기와 같은 스펙클 제거부(23)는 광터널(24) 내부에서 상기 합성부(23)와 일직선 상에 설치된다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터(20)는 합성부(22)와 스펙클 제거부(23)가 광터널(24) 내부에 형성됨으로써, 종래의 레이저 프로젝터보다 크기를 소형화할 수 있다.

한편, 광터널(24)은 유리(Bulky Glass) 재질의 로드 렌즈(Rod lens)로 구성될 수 있으며, 로드 렌즈는 공기보다 굴절률이 높은 고굴절률의 특성을 가지므로 그 내부에서 전반사가 이루어진다.

또는, 상기 광터널(24)은 미러(Mirror)로 둘러싸여 입/출사구가 개방된 형태의 라이트 터널(Tunnel)로 이루어질 수 있으며, 가령 네 개의 미러면으로 둘러싸여 터널의 형태를 이루도록 구성된다.

이러한 구조상에서 개구된 터널의 내부를 진행하는 분리 광들은 미러에 의하여 불규칙하게 전반사되며 균일하게 혼합된다.

디스플레이 소자(25)는 상기 광터널(24)에서 혼합된 레이저 광을 이용하여 스크린에 영상을 투사한다. 상기와 같은 디스플레이 소자(25)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 투과형 화상 형성 유닛이 될 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 일반적인 레이저 광원을 이용한 레이저 표시 장치의 구성 요소를 도시한 도면이다.

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

도 3은 본 발명에 따른 RPP 구조를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 RPP들의 배열 구조를 나타낸 제1 실시예 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 RPP들의 배열 구조를 나타낸 제2 실시예 도면이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

21: 레이저 광원 21a: 적색 레이저 다이오드

21b: 녹색 레이저 다이오드 21c: 청색 레이저 다이오드

22: 합성부 22a: 제1 다이크로익 미러

22b: 제2 다이크로익 미러 23: 스펙클 제거부

24: 광터널 25: 디스플레이 소자

Claims (8)

1. 적색, 녹색 및 청색 레이저 발광소자로 이루어지는 광원;

   상기 광원에서 출사된 레이저 광이 입사되는 광터널; 및

   상기 광터널을 통해 입사된 레이저 광을 이용하여 스크린상에 영상을 투사하는 디스플레이 소자;를 포함하되,

   상기 광터널의 내부에는,

   상기 광원으로부터 출사된 레이저 광의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성하는 합성부와, 상기 합성부를 통해 합성된 레이저 광의 위상을 불규칙적으로 변환하여 스펙클을 제거하는 복수의 RPP(Random Phase Plate)들을 포함하는 스펙클 제거부가 형성되고,

   상기 광터널은, 미러로 둘러싸여 입/출사구가 개방되는 내부 터널을 포함하며,

   상기 복수의 RPP들은, 상기 광터널의 미러에 둘러싸이도록, 상기 광터널의 내부 터널 내에 배치된 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 합성부는,

   상기 적색 레이저 광을 투과하고 상기 녹색 레이저 광을 반사하는 제1 다이크로익 미러; 및

   상기 적색 레이저 광과 상기 녹색 레이저 광을 투과하고 상기 청색 레이저 광을 반사하는 제2 다이크로익 미러를 포함하여 이루어지는 레이저 프로젝터.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 다이크로익 미러는 일직선상에 위치하도록 상기 광터널 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 합성부와 상기 스펙클 제거부는 상기 광터널 내부에서 일직선상에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
6. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 RPP들은,

   상기 레이저 광의 위상을 불규칙하게 변환하는 불규칙 패턴이 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 RPP들은 일정한 순서로 나열된 스택(Stack) 구조로 배열된 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
8. 제6 항에 있어서,

   상기 RPP들은 서로 마주보도록 배열되고,

   상기 RPP들의 불규칙 패턴이 형성되지 않은 외부 표면에는 반사막이 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.

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