KR101690618B1 - 프로젝터 - Google Patents

Abstract

빛을 사출하는 광원부; 상기 광원부에서 사출된 빛과 영상 신호에 따른 이미지를 합성하기 위한 합성계; 상기 함성계에서 합성된 영상을 사출하는 투사렌즈; 및 상기 광원부, 합성계 및 투사렌즈가 수용되는 하우징을 포함하고, 상기 합성계는 상기 광원부로 부터 입사되는 빛을 이미지 신호와 합성하는 이미지 패널; 상기 광원부로 부터 상기 합성계로 입사되는 빛은 투과하고, 상기 이미지 패널로부터 사출되는 빛을 반사시켜 빛의 방향을 변환하는 프리즘; 및 상기 광원부와 상기 프리즘 사이에 개재되어 상기 광원부에서 사출된 빛을 상기 이미지 패널로 유도하는 실린더 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터는 실린더 렌즈를 이용하여 이미지 패널에 입사되는 빛을 이미지 패널의 특성에 맞게 비율을 조정하고, 삼각기둥 형상의 프리즘을 통과하면서 생기는 광경로 차에 의한 수차를 보상할 수 있다.

Description

프로젝터{PROJECTOR}

본 발명은 광원에서 이미지 패널에 도달하는 빛의 광수차를 보상하여 선명한 화질의 영상을 제공하는 프로젝터에 관한 것이다.

프로젝터는 컴퓨터 또는 캠코더와 같은 영상기기등을 직접 연결하여 스크린에 투사시켜 각종 프리젠테이션이나 멀티미디어 교육을 할 수 있게 하는 시청각용 영상기기로 사용된다.

상기 프로젝터는 광원에서 사출되는 빛과 영상 신호에 따른 영상을 합성하여 상기 영상이 일정 비율로 조절되어 스크린에 투사되어 외부로 보여진다. 종래의 프로젝터는 광원과 영상신호와 합성하는 합성계 및 투사렌즈가 동일 평면에서 납작한 모양의 프로젝터가 일반적으로 이용된다.

프로젝터에는 입사각도에 따라 빛을 통과하거나 반사시키는 프리즘을 이용할 수 있다. 다만, 프리즘과 공기의 굴절률 차 등의 문제로 빛의 경로가 조금씩 틀어져서 광수차가 발생하여 선명한 화질의 영상을 얻는데 어려움이 있다.

본 발명은 삼각기둥의 프리즘을 이용함으로써 생기는 광수차를 해결하기 위해 실린더 렌즈를 이용하여 선명한 화질의 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 빛을 사출하는 광원부; 상기 광원부에서 사출된 빛과 영상 신호에 따른 이미지를 합성하기 위한 합성계; 상기 함성계에서 합성된 영상을 사출하는 투사렌즈; 및 상기 광원부, 합성계 및 투사렌즈가 수용되는 하우징을 포함하고, 상기 합성계는 상기 광원부로 부터 입사되는 빛을 이미지 신호와 합성하는 이미지 패널; 상기 광원부로 부터 상기 합성계로 입사되는 빛은 투과하고, 상기 이미지 패널로부터 사출되는 빛을 반사시켜 빛의 방향을 변환하는 프리즘; 및 상기 광원부와 상기 프리즘 사이에 개재되어 상기 광원부에서 사출된 빛을 상기 이미지 패널로 유도하는 실린더 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터를 제공한다.

상기 프리즘은 상면과 하면이 삼각형인 삼각기둥형상이며, 광원부에서 빛이 입사되는 제1 측면, 상기 제1 측면의 일측에 모서리와 이웃하며 상기 프리즘은 이미지 패널이 배치되는 제2 측면, 및 상기 제1 측면의 타측 모서리와 이웃하며 상기 투사렌즈가 배치되는 제3 측면을 포함하고, 상기 제1 측면은 상기 이미지 패널에서 사출되는 빛을 반사하여 상기 제3 측면으로 사출할 수 있다.

상기 실린더 렌즈는 수평방향의 곡률반경이 수직방향의 곡률반경보다 더 크게 할 수 있다.

상기 실린더 렌즈는 상기 제1 측면의 일측 모서리 쪽으로 입사되는 빛은 상기 실린더 렌즈의 두꺼운 부분이 통과하고 타측 모서리 쪽으로 입사되는 빛은 상기 실린더 렌즈의 얇은 부분을 통과하도록 상기 실린더 렌즈의 두꺼운 부분이 일측 방향으로 치우치게 배치될 수 있다.

상기 실린더 렌즈는 일측 단부는 두껍고 타측단부는 얇은 비대칭 구조의 렌즈일 수 있다.

상기 실린더 렌즈는 상기 프리즘의 일측 모서리와 인접한 일측은 상기 프리즘 쪽으로 기울어지고 타측은 상기 광원부 쪽으로 기울어질 수 있다.

상기 이미지 패널은 픽셀단위로 움직이는 픽셀미러를 구비한 디지털 마이크로미러 장치(Digital Micromirror Device, DMD)를 이용할 수 있다.

상기 광원은, 적색, 녹색, 청색의 빛을 사출하는 3개의 광원과, 상기 광원으로 부터 사출되는 빛을 백색광으로 합성하는 색합성부를 포함할 수 있다.

상기 색합성부로부터 사출되는 빛을 균일하게 공급하는 광균일화부를 더 포함할 수 있다.

상기 광균일화부는 플라이 아이 렌즈와 릴레이 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 릴레이 렌즈는 수평방향의 곡률반경이 수직방향의 곡률반경보다 더 작을 수 있다.

상기 릴레이 렌즈는 수평방향으로는 빛을 모으고, 수직방향으로는 빛을 확산시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 프로젝터는 실린더 렌즈를 이용하여 이미지 패널에 입사되는 빛을 이미지 패널의 특성에 맞게 비율을 조정하고, 삼각기둥 형상의 프리즘을 통과하면서 생기는 광경로 차에 의한 수차를 보상할 수 있다.

프리즘에 입사되는 빛이 균일하게 디지털 마이크로미러 장치에 공급되어 정확하고 선명한 영상을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 내부 부품을 도시한 부분 사시도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 2의 합성계에서 빛의 경로를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 2의 합성계에서 빛의 경로를 도시한 정면도이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서 퇴보 적인 다른 발명이나, 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터(100)를 도시한 사시도로서, 프로젝터(100)의 하우징(50)과 하우징(50)의 전면에 노출된 투사렌즈(40)가 도시되어 있다. 본 발명의 프로젝터(100)는 외부로 노출된 투사렌즈(40)가 위치하고 하우징 내부에는 도 2에 도시된 바와 같이 광원부(10), 합성계(30), 투사렌즈(40)가 구비된다. 광원부(10)에서 사출된 빛이 합성계(30)에서 이미지 정보와 합성되어 투사렌즈(40)를 통해 사출되고 스크린이나 벽면에 영상이 나타난다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 내부 부품을 도시한 부분 사시도이고, 도 3은 그 평면도이며, 광원부(10), 합성계(30) 및 투사렌즈(40)가 도시되어 있다.

광원부(10)는 광원(11, 12, 13), 색합성부(14) 및 광균일화부(15, 16)를 포함할 수 있다.

광원은 적색(11), 녹색(12), 청색(13)의 빛을 사출하는 3개의 램프를 포함하고, 각 램프에는 빛을 집속하는 집속렌즈가 구비될 수 있다. 광원(11, 12, 13)에서 나온 빛은 색합성부(14)에 의하여 백색광으로 합성되며 색합성부(14)는 광원의 색상을 선택적으로 투과 또는 반사시키는 두 개의 교차하는 이색성 미러(Dichroic Mirror)를 이용할 수 있다.

백색광으로 합성된 광은 광균일화부(15, 16)로 공급된다. 광균일화부(15, 16)는 하나 이상의 플라이 아이 렌즈(15)(fly eye lens)를 포함할 수 있으며, 2개의 플라이 아이 렌즈(15)가 마주하도록 배치될 수 있다. 플라이 아이 렌즈(15)는 장방형의 단면 형상을 갖는 다수의 미소렌즈를 포함하고 빛이 상기 미소렌즈를 통과하면 굴절되면서 인접한 미소렌즈를 통과한 빛과 교차된다.

플라이 아이 렌즈(15)를 통과한 빛을 집속하기 위해 광균일화부(15, 16)는 릴레이 렌즈(16)를 더 포함할 수 있다. 광균일화부(15, 16)를 통과한 빛은 균일한 장방형의 빛으로 합성계(30)로 공급된다.

상기 릴레이 렌즈(16)는 수평방향(y축방향)의 곡률 반경이 수직방향(z축 방향)의 곡률반경보다 작으므로 릴레이 렌즈(16)에 입사되는 빛은 수평방향으로는 모아지나, 수직방향으로는 수평방향보다 덜 모이거나 오히려 확산될 수 있다.(도 4, 및 도 5 참조)

광균일화부(15, 16)를 통과한 빛은 합성계(30)로 제공되며, 합성계(30)는 빛과 이미지 정보를 합성하여 픽셀단위로 빛을 사출하는 이미지 패널(31)을 포함한다.

이미지 패널(31)은 픽셀단위로 색상, 채도, 명도 등의 정보를 갖는 이미지 정보와 빛을 합성하여 특정 이미지를 구성한다. 이미지 패널(31)로 디지털 마이크로미러 장치(Digital Micromirror Device, DMD)를 이용할 수 있다.

디지털 마이크로 미러 장치(31)는 복수개의 마이크로 미러를 포함하고 있다. 마이크로 미러는 초당 수천 번 이상 스위칭하여 빛을 선택적으로 반사하여 빛과 이미지 정보를 합성한다.

디지털 마이크로 미러 장치(31)는 마름모 모양의 마이크로 미러로 구성될 수 있으며, 마름모 모양이므로 F수가 수평방향과 수직방향이 상이하다. 본 발명에서 디지털 마이크로 미러 장치(31)는 수평 방향(y축 방향)의 F수가 수직 방향(z축 방향)의 F수 보다 더 작은 것을 이용할 수 있다.

F수가 작을수록 더 밝기 때문에 넓은 면적에서 빛을 입사 받을 수 있으며, F수가 클 수록 더 어둡기 때문에 좁은 면적에 빛을 입사해야 한다. 따라서, 디지털 마이크로 미러 장치(31)에 수평 방향으로는 넓은 면적에 빛이 공급되고, 수직 방향으로는 좁은 면적에 빛이 공급되도록 실린더 렌즈 빛 릴레이 렌즈로 빛을 수평방향과 수직방향이 상이하게 굴절시킨다.

디지털 마이크로 미러 장치(31)는 빛을 반사하는 형태로 이미지 정보와 빛을 합성하기 때문에 입사된 방향으로 다시 빛이 사출된다. 디지털 마이크로 미러 장치(31)로부터 이미지 정보와 합성된 빛을 투사렌즈(40) 방향으로 보내면서, 상기 광원부(10)에서 사출된 빛은 상기 디지털 마이크로 미러 장치(31)로 입사될 수 있도록 프리즘(32)을 이용한다.

상기 프리즘(32)은 도 4에 도시된 바와 같이 3개의 측면을 갖는 삼각기둥 모양이다. 제1 측면(32a)에 광원부(10)으로 부터 입사된 빛이 입사되고, 상기 제1 측면(32a)와 일측에서 이웃하는 제2 측면(32b)에는 상기 이미지 패널(31)이 위치하며, 제1 측면(32a)과 타측에서 이웃하는 제3 측면(32c)에는 투사렌즈(40)가 배치된다.

상기 제1 측면(32a)은 광원부(10)에서 입사된 빛을 투과시켜 상기 제2 측면(32b)에 위치하는 이미지 패널(31)로 공급하고 상기 이미지 패널(31)에서 합성되어 사출되는 빛은 반사하여 상기 제3 측면(32c) 방향으로 빛의 경로를 변경시킨다.

이러한 선택적 투과는 빛의 굴절현상과 전반사 현상에 의한 것으로 빛이 굴절율이 큰 매질에서 작은 매질로 소정 각도 범위 내에서 입사되면 빛이 모두 반사되는 성질을 전반사라고 한다. 즉, 상기 제1 측면(32a)은 전반사 성질을 이용하여 제2 측면(32b)에서 입사된 빛을 제3 측면(32c)쪽으로 반사한다.

이때, 제2 측면(32b)과 제3 측면(32c)의 각도는 90도, 즉 직각삼각기둥의 프리즘(32)을 이용할 수 있다.

다만, 프리즘(32)은 삼각기둥 형상을 하고 있기 때문에 빛이 입사되는 프리즘(32)의 제1 측면(32a) 위치에 따라 상기 프리즘(32)을 통과하는 시간이 차이가 나고, 프리즘(32)을 통과하는 빛이 불균일하게 굴절되어 상기 이미지 패널(31)로 입사되는 빛에 수차가 생기게 된다. 수차가 생기면 밝기 저하, 빛샘 현상 및 영상의 해상도가 저하되는 문제가 있다.

상기 프리즘(32)에 의한 광경로에 따른 수차를 줄이기 위해 실린더 렌즈(33)를 이용할 수 있다. 빛이 프리즘(32)에 입사되는 위치에 따라 프리즘(32)을 투과하는 거리가 차이가 생겨 수차가 생기는 것인바, 프리즘(32)을 통과하는 거리가 짧은 빛은 실린더 렌즈(33)를 통과하는 거리를 크게 하고 프리즘(32)을 통과하는 거리가 긴 빛은 실린더 렌즈(33)를 통과하는 거리를 짧게 하여 수차를 줄일 수 있다.

도 4 및 도 5는 상기 실린더 렌즈(33) 및 프리즘(32)을 통과하여 이미지 패널(31)로 입사되는 빛의 경로를 나타낸 것으로 도 4은 평면도(x-y) 도 5은 배면도(x-z)이다. 도 4 및 도 5를 참조하여 실린더 렌즈(33)의 배치와 빛이 이동하는 경로를 구체적으로 살펴보도록 한다.

프리즘(32)의 제1 측면(32a)으로 입사되는 빛 중 일측 부분, 즉 제1 측면(32a)과 제3 측면(32c) 사이의 모서리에 인접한 부분(A)으로 입사되는 빛은 프리즘(32)을 통과하는 시간이 길다.

이를 보상하기 실린더 렌즈(33)의 얇은 부분을 통과한 빛이 상기 프리즘(32)의 제1 측면(32a)의 일측 부분(A)으로 입사되도록 상기 실린더 렌즈(33)를 배치한다.

반면, 프리즘(32)의 제3 측면(32c)의 타측 부분(B), 즉 제1 측면(32a)과 제3 측면(32c) 사이의 모서리에 인접한 부분(B)으로 입사되는 빛은 프리즘(32)을 통과하는 시간이 짧다.

이를 보상하기 위해 실린더 렌즈(33)의 두꺼운 부분을 통과한 빛이 상기 프리즘(32)의 제1 측면(32a)의 타측 부분(B)으로 입사되도록 상기 실린더 렌즈(33)를 배치한다.

즉, 실린더 렌즈(33)의 두꺼운 부분(33')이 프리즘(32)의 제1 측면의 A부분 쪽으로 배치되고, 얇은 부분(33")이 프리즘(32)의 제1 측면의 B부분 쪽으로 배치된다.

따라서, 도 4와 같이 본 발명의 실린더 렌즈(33)는 일반적으로 좌우 대칭인 렌즈 중 일부분만 이용하게 되는바, 이용하지 않는 부분을 잘라내어 크기를 줄일 수 있다. 이와 같은 비대칭적인 구조의 실린더 렌즈(33)는 일측 부분(33')의 단면이 타측부분(33")의 단면보다 크게 된다.

도 4의 평면도를 참조하면 실린더 렌즈(33)는 일측 부분(33')이 프리즘(32) 쪽으로 기울어지고 타측부분(33")이 광원쪽으로 기울어지게 비스듬하게 배치된다.

빛이 실린더 렌즈(33)를 통과하는 거리 뿐만 아니라 실린더 렌즈(33)에 광원으로부터 입사되는 빛의 각도 및 프리즘(32)으로 입사되는 각도 또한 수차를 줄이기 위한 중요한 요소다. 실린더 렌즈(33)를 비스듬하게 기울임으로써 실린더 렌즈(33)로 입사되는 빛의 각도를 조절하여 빛의 경로를 조절할 수 있다.

본 발명의 프리즘(32)의 제1 측면으로 입사하는 빛의 위치에 따라 상기 프리즘(32)을 통과하는 거리가 상이한 것을 보상하기 위해 실린더 렌즈(33)의 좌우를 비대칭적 두께로 형성하며, 프리즘(32)으로 입사되는 각도를 제어하여 수차가 없이 균일하고 선명한 영상을 얻기 위해 실린더 렌즈(33)를 비스듬하게 배치한다.

상기 실린더 렌즈(33)의 위치는 상기 프리즘(32) 뿐만 아니라 릴레이 렌즈(16)로 부터 입사되는 빛의 영향도 받는다. 광원부(10)의 릴레이 렌즈(16)는 도 4에 도시된 바와 같이 x축 방향으로 진행하는 빛을 y축 방향으로 빛을 수렴시키고 도 5에 도시된 바와 같이 z 축방향으로는 y축 방향에 비해 덜 수렴시킨다. 릴레이 렌즈(16)의 수평방향 곡률반경은 수직방향의 곡률반경보다 작기 때문에 수직방향에 비해 수평방향으로 빛이 더 수렴된다.

이렇게 릴레이 렌즈(16)를 통과하면서 y축과 z축에서 상이하게 꺽여진 빛을 이미지 패널(31)에 수평방향(y축 방향)으로는 넓게 수직방향(z축 방향)으로는 좁게 공급하기 위해 실린더 렌즈(33)는 입사되는 빛을 수평방향(y축 방향)으로는 적게 굴절 시키고, 수직방향(z축 방향)으로는 많이 굴절시킨다.

수평 방향과 수직 방향의 굴절 정도를 상이하게 하기 위해 실린더 렌즈(33)는 y축 방향의 곡률반경과 z축방향의 곡률 반경이 상이하다. 곡률반경이 클 수록 완만하고 빛이 많이 굴절되지 않는 바, 수평방향의 곡률 반경이 수직방향의 곡률반경보다 크다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 프로젝터는 실린더 렌즈를 이용하여 이미지 패널에 입사되는 빛을 이미지 패널의 특성에 맞게 비율을 조정하고, 삼각기둥 형상의 프리즘(32)을 통과하면서 생기는 광경로 차에 의한 수차를 보상할 수 있다.

프리즘에 입사되는 빛이 균일하게 디지털 마이크로미러 장치에 공급되어 정확하고 선명한 영상을 제공할 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

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.

10: 광원부 11, 12, 13: 램프
14: 색합성부 15: 플라이 아이 렌즈
16: 릴레이 렌즈
30: 합성계 31: 이미지 패널
32: 프리즘 33: 실린더 렌즈
40: 투사렌즈 50: 하우징

Claims (12)

1. 빛을 사출하는 광원, 상기 광원으로부터 사출된 빛을 백색광으로 합성하는 색합성부 및 상기 색합성부로부터 사출되는 빛을 균일하게 공급하는 광균일화부를 포함하는 광원부;
   상기 광원부에서 사출된 빛과 영상 신호에 따른 이미지를 합성하기 위한 합성계;
   상기 합성계에서 합성된 영상을 사출하는 투사렌즈; 및
   상기 광원부, 합성계 및 투사렌즈가 수용되는 하우징을 포함하고,
   상기 합성계는
   상기 광원부로 부터 입사되는 빛을 이미지 신호와 합성하는 이미지 패널;
   상기 광원부로 부터 상기 합성계로 입사되는 빛은 투과하고, 상기 이미지 패널로부터 사출되는 빛을 반사시켜 빛의 방향을 변환하는 프리즘; 및
   상기 광원부와 상기 프리즘 사이에 개재되어 상기 광원부에서 사출된 빛을 상기 이미지 패널로 유도하고, 일측 단부는 두껍고 타측 단부는 얇은 비대칭 구조를 갖는 실린더 렌즈를 포함하고,
   상기 실린더 렌즈는,
   상기 프리즘에 입사되는 빛이 통과하는 시간이 짧은 상기 프리즘의 일측에는 상기 실린더 렌즈의 일측 단부가 인접하여 구비되고, 상기 프리즘에 입사되는 빛이 통과하는 시간이 긴 상기 프리즘의 타측에는 상기 실린더 렌즈의 타측 단부가 인접하여 구비되고,
   상기 광균일화부는 플라이 아이 렌즈 및 수평방향의 곡률반경이 수직방향의 곡률반경보다 더 작은 릴레이 아이 렌즈를 포함하고,
   상기 실린더 렌즈는,
   수평방향의 곡률반경이 수직방향의 곡률반경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 프로젝터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프리즘은 상면과 하면이 삼각형인 삼각기둥형상이며,
   광원부에서 빛이 입사되는 제1 측면,
   상기 제1 측면의 일측에 모서리와 이웃하며 상기 프리즘은 이미지 패널이 배치되는 제2 측면, 및
   상기 제1 측면의 타측 모서리와 이웃하며 상기 투사렌즈가 배치되는 제3 측면을 포함하고,
   상기 제1 측면은 상기 이미지 패널에서 사출되는 빛을 반사하여 상기 제3 측면으로 사출하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 실린더 렌즈는
   상기 실린더 렌즈의 상기 일측 단부는 상기 프리즘 쪽으로 기울어지고 상기 실린더 렌즈의 상기 타측 단부는 상기 광원부 쪽으로 기울어진 것을 특징으로 하는 프로젝터.
7. 제1항에 있어서,
   상기 이미지 패널은 픽셀단위로 움직이는 픽셀미러를 구비한 디지털 마이크로미러 장치(Digital Micromirror Device, DMD)인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
8. 제1항에 있어서,
   상기 광원은,
   적색, 녹색, 청색의 빛을 사출하는 3개의 광원을 포함하는 프로젝터.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈는 수평방향으로는 빛을 모으고, 수직방향으로는 빛을 확산시키는 것을 특징으로 하는 프로젝터.

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