KR102075755B1 - 영상 투사 장치를 위한 조명 광학계 및 그 구성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른, 스크린에 확대되어 투사될 영상이 형성되는 패널(panel)과, 상기 영상의 형성을 위해 상기 패널에 입사되는 복수의 광선속(光線束)으로 이루어지는 광선을 방사하는 광원을 포함하는 영상 투사 장치를 위한 조명 광학계는, 상기 광선이 상기 패널까지 진행하는 경로 상에 위치하는 제 1 렌즈 및 상기 경로 상에 위치하되, 상기 제 1 렌즈에 비해 상기 패널로부터 먼 곳에 위치하며, 상기 제 1 렌즈의 광축과는 상이한 광축을 갖는, 하나 이상의 제 2 렌즈를 포함할 수 있다.

Description

영상 투사 장치를 위한 조명 광학계 및 그 구성 방법 {ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM FOR PROJECTOR AND METHOD FOR CONSTRUCTING SAME}
본 발명은 빔 프로젝터(beam projector)와 같은 영상 투사 장치에 적용되어, 영상 투사 장치의 크기를 줄이는 데 기여할 수 있는 조명 광학계 및 그 구성 방법에 대한 것이다.
빔 프로젝터는 자신으로부터 일정 거리 떨어져 있는 스크린 상에 영상을 확대하여 투사하기 위한 장치이다. 빔 프로젝터는 영상을 이루는 광선을 생성하는 광원(光源), 광원에 의한 영상이 생성되는 패널(panel), 광원과 패널 사이에 위치하여 광원으로부터 방사된 광선을 패널에 집중시켜 패널에 영상이 생성되도록 하는 조명 광학계, 패널과 스크린 사이에 위치하여 패널의 영상을 확대하여 스크린에 투사하는 투사 광학계 등을 포함할 수 있다.
이와 같은 빔 프로젝터는 학교, 회사, 가정 등 다양한 장소에서 강의, 프리젠테이션, 동영상 시청 등의 여러 목적을 위해 널리 사용되고 있다. 또한, 빔 프로젝터의 사용이 일반화됨에 따라, 최근에는 휴대가 가능할 정도로 작은 초소형의 빔 프로젝터에 대한 수요도 증가하고 있다.
도 1a 및 1b는 텔레센트릭(telecentric) 방식의 광학계를 도시한 도면이다. 텔레센트릭 방식의 광학계는 패널 상의 각 위치에서의 주광선(主光線)이 패널의 법선(法線)과 이루는 각도(chief ray angle, 이하 CRA)가 0으로 수렴하도록 설계된 것을 특징으로 한다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 각각 복수의 렌즈(11, 21)를 포함하는 조명 광학계(10)와 투사 광학계(20) 사이에 패널(30)이 존재하며, 패널(30)에 입사되는 복수의 광선속 중 주광선(主光線, 40)에 해당하는 것들이 패널(30)의 표면에 거의 수직한 상태로 입사 및 방사되고 있는 것을 볼 수 있다.
이러한 텔레센트릭 방식의 광학계는 패널(30)과 조명 광학계(10) 사이의 거리 변화에 따른 조명 크기의 변화가 적고, 패널(30)과 투사 광학계(20) 사이의 거리 변화에 따른 배율 변화가 작은 장점을 갖는다. 하지만, 투사 광학계(20)를 구성하는 복수의 렌즈(21), 특히 그 중에서도 패널(30)에 가장 가까운 렌즈의 직경(DL1)이 커지기 쉬우며, 이에 따라 광학계의 크기가 작아지도록 설계하는 것이 어렵다는 단점도 아울러 갖는다.
특히 최근 관심의 대상이 되고 있는, 가까운 거리에서 대형 스크린에 영상을 투사할 수 있는 초단초점(ultra-short throw, UST) 프로젝터에 있어서는, 고배율의 확보를 위해 광학계가 거대해질 가능성이 높다. 이 경우, 전술한 바와 같은 텔레센트릭 방식의 문제점이 더욱 심각하게 대두될 수 있다.
한국공개특허공보, 제 10-2013-0019191호 (2013.02.26. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 렌즈 배치 등의 설계 사항을 적절히 조절함으로써, 영상 투사 장치의 크기를 줄일 수 있는 조명 광학계 및 그 구성 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스크린에 확대되어 투사될 영상이 형성되는 패널(panel)과, 상기 영상의 형성을 위해 상기 패널에 입사되는 복수의 광선속(光線束)으로 이루어지는 광선을 방사하는 광원을 포함하는 영상 투사 장치를 위한 조명 광학계는, 상기 광선이 상기 패널까지 진행하는 경로 상에 위치하는 제 1 렌즈 및 상기 경로 상에 위치하되, 상기 제 1 렌즈에 비해 상기 패널로부터 먼 곳에 위치하며, 상기 제 1 렌즈의 광축과는 상이한 광축을 갖는, 하나 이상의 제 2 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스크린에 확대되어 투사될 영상이 형성되는 패널과, 상기 영상의 형성을 위해 상기 패널에 입사되는 복수의 광선속(光線束)으로 이루어지는 광선을 방사하는 광원을 포함하는 영상 투사 장치를 위한 조명 광학계를 구성하는 방법은, 상기 광선이 상기 패널까지 진행하는 경로 상에 제 1 렌즈를 위치시키는 단계 및 상기 제 1 렌즈의 광축과는 상이한 광축을 갖는, 하나 이상의 제 2 렌즈를 상기 경로 상에 위치시키되, 상기 제 1 렌즈에 비해 상기 패널로부터 먼 곳에 위치하도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, CRA의 값이 패널 상의 각 위치에서 상이하도록 비(非) 텔레센트릭(non-telecentric)한 특징을 갖는 조명 광학계를 구성하기 위해, 조명 광학계를 구성하는 렌즈들의 광축이 일정 범위 내에서 서로 이격되어 있도록 할 수 있다. 이에 따르면, 조명 광학계를 통과한 광선에 의해 생성된 영상을 확대하여 스크린에 투사하는 투사 광학계의 크기가 작아질 수 있기 때문에, 영상 투사 장치의 전체적인 크기가 작아지고 휴대성이 증대될 수 있다.
도 1a 및 1b는 텔레센트릭(telecentric) 방식의 광학계를 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 전반적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 조명 광학계와 투사 광학계를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 조명 광학계의 설계에 대해 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 패널에 형성되는 영상의 각 위치에서의 CRA(chief ray angle)에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영상 투사 장치의 조명 광학계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 조명 광학계를 구성하는 방법의 순서를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 전반적인 구성을 도시한 도면이다. 영상 투사 장치(50)는 작은 크기의 영상을 크게 확대하여 스크린(60)에 투사하기 위한 시스템으로, 조명 광학계(100), 투사 광학계(200), 패널(300), PBS부(400), 광원(500), 반사부(600) 및 인티그레이터(integrator, 700)를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 도 2의 영상 투사 장치(50)는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로, 도 2를 통해 본 발명의 사상이 한정 해석되는 것은 아니며, 도시된 것 외의 다른 구성 요소를 추가로 포함하거나, 도시된 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.
이하에서는 도 2에서는 영상 투사 장치(50)의 구현 방식으로서 LCOS(liquid crystal on silicon) 프로젝터를 예로 들어 설명하도록 한다. 하지만 이는 설명의 편의를 위한 하나의 예시일 뿐이므로, 영상 투사 장치(50)는 LCOS 프로젝터가 아닌 다른 방식의 프로젝터로 구현될 수 있도 있다. 아래에서는 LCOS 프로젝터로 구현된 영상 투사 장치(50)의 동작에 대해 개략적으로 설명하겠으나, LCOS 프로젝터의 동작 원리 자체는 통상의 기술자에게 자명하므로 구체적인 설명은 생략될 수 있음을 밝혀둔다.
도 2를 참고하면, 영상의 형성을 위한 광선(510)이 광원(500)으로부터 방사됨을 볼 수 있다. 광원(500)은 각각 빨강(red), 녹색(green), 파랑(blue)의 색을 갖는 단색광을 생성하기 위한 단색 광원(501, 502, 503)을 포함할 수 있다. 이와 같은 단색 광원(501, 502, 503)은 전원을 공급받아 빛을 발생시키는, LED(light emitting diode) 혹은 레이저 광원 등의 조명 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 광선(510)은 이들 단색 광원(501, 502, 503)으로부터 방사된 단색광이 모여 이루어진 것으로서, 패널(300) 상에 컬러 영상을 형성할 수 있다.
광원(500)으로부터 방사된 광선(510)은 반사부(600)와 인티그레이터(700)를 차례로 거쳐, 조명 광학계(100)로 입사될 수 있다. 조명 광학계(100)는 광선(510)을 이루는 복수의 광선속(光線束)을 패널(300)에 집중시킴으로써 패널(300) 상에 영상을 형성하는 기능을 수행할 수 있다. 이와 같은 조명 광학계(100)는 복수의 렌즈를 포함하여 구성될 수 있으며, 자세한 구현 방법에 대해서는 후술한다.
조명 광학계(100)를 통과하여 PBS부(400)에 입사된 광선(510)은, PBS(400)부내의 편광 빔 스플리터(polarized beam splitter, 410)에 의해 반사되어 패널(300)에 도달하고, 패널(300)에 의해 반사됨으로써 패널(300) 상에 영상을 생성할 수 있다. 이와 같이 패널(300)에 의해 반사된 광선(510)은 편광 빔 스플리터(410)를 통과하고, 종국적으로는 PBS부(400)를 빠져나와 투사 광학계(200)를 통과하여 스크린(60)에 도달하게 된다. 이와 같이 스크린(60)에 도달한 광선(510)은 패널(300)의 영상이 확대된 영상인 확대된 영상(61)을 스크린(60) 상에 형성할 수 있다.
한편, 상기 투사 광학계(200)는 패널(300)의 영상을 스크린(60)에 확대하여 투사하는 역할을 수행하며, 조명 광학계(100)와 마찬가지로 복수의 렌즈를 포함하여 구성될 수 있다. 투사 광학계(200)를 텔레센트릭 방식으로 구현하게 되면, 투사 광학계(200)에 포함된 각 렌즈의 직경이 커져서, 광학계를 작게 설계하는 것이 어렵다는 것은 앞서 언급한 바 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 조명 광학계와 투사 광학계를 도시한 도면이다. 도 2에 의하면, PBS(400)부의 편광 빔 스플리터(410)가 광선(510)의 경로를 본래 경로와 수직하도록 변경시키기 때문에, 조명 광학계(100)의 각 렌즈(110, 120, 130)의 광축(111, 121)과 패널(300)의 법선은 서로 수직한 것으로 도시되어 있지만, 도 3a에서는 설명의 편의를 위해 광선(510)이 PBS(400)부 내에서 직진하는 것처럼 도시하도록 한다. 물론, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학계(200)는 도 3a에 도시된 바와 같이 조명 광학계(200)와 패널(300) 사이에서 광선(510)이 실제로 직진하는 영상 투사 장치(50)에 대해서도 적용될 수 있다.
전술한 텔레센트릭 광학계에서의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치(50)에서는 투사 광학계(200)를 비 텔레센트릭 방식으로 구현하고, 이에 따라 조명 광학계(100) 역시 일정 조건을 만족하는 비 텔레센트릭 광학계로 구현하도록 하였다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투사 광학계(200)에 패널(300)로부터 방사된 광선(510)이 입사됨을 볼 수 있다. 광선(510)은 복수의 광선속으로 구성될 수 있는데, 패널(300)의 상의 한 점으로부터 방사된 서로 다른 광선속 중 주광선(主光線, 511)에 해당하는 광선속이 패널(300)의 법선과 평행하지 않음을, 다시 말해 패널(300)의 면에 수직하지 않음을 볼 수 있다. 물론 패널(300)로부터 방사되는 주광선(511) 중 투사 광학계(200)의 광축(211)이 패널(300)과 만나는 점 근처에서 방사되는 주광선(511)의 경우에는 여전히 실질적으로 거의 패널(300)의 면과 수직을 이룰 수 있겠으나, 대부분의 주광선(511)은 패널(300)의 면에 수직하지 않도록 방사될 것이다.
이에 따라, 도 1b의 텔레센트릭 방식에 의한 투사 광학계(20)과 비교해볼 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 비 텔레센트릭 방식의 투사 광학계(200)에서는 패널(300)로부터의 광선속이 투사 광학계(200)의 광축(211) 방향으로 보다 더 효과적으로 집중될 수 있다. 이는 투사 광학계(200)를 구성하는 렌즈(210)들, 특히 패널(300)에 가장 가까운 렌즈의 직경(DL2)이 도 1b의 투사 광학계(20)에 비해 축소될 수 있음을 의미한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 투사 광학계(200)를 이용하면 영상 투사 장치(50)를 소형으로 설계하는 것이 보다 용이해질 수 있다.
한편, 투사 광학계(200)를 전술한 바와 같이 구현함에 따라, 조명 광학계(100) 역시 비 텔레센트릭한 특징을 갖도록, 즉 조명 광학계(100)를 통과한 광선속 중에서 주광선에 해당하는 광선속 중 대부분이 패널(300)의 면에 수직이 아닌 각도로 입사하도록 적절히 설계할 필요가 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학계(100)는, 내부에 포함된 복수의 렌즈들 중 서로 광축이 동일하지 않은 렌즈들이 존재하도록 설계될 수 있다. 보다 구체적으로, 조명 광학계(100)는 제 1 렌즈(110) 및 제 2 렌즈(120, 130)을 포함할 수 있으며, 제 2 렌즈(120, 130)는 제 1 렌즈(100)와 상이한 광축을 갖도록 설계될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 렌즈(110)는 광선(510)이 패널(300)까지 진행하는 경로 상에 위치할 수 있다. 제 2 렌즈(120, 130) 역시 광선(510)이 패널(300)까지 진행하는 경로 상에 위치하되, 제 1 렌즈(110)에 비해 패널(300)로부터 먼 곳에 위치하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 조명 광학계(100)에 포함된 복수의 렌즈 중 제 1 렌즈(110)가 패널(300)과 가장 가까운 곳에 위치할 수 있다.
이 때, 전술한 바와 같이 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 제 1 렌즈(110)의 광축(111)과 상이하도록 하여, 광선(510)에 포함되는 주광선(511)의 경로가 패널(300)의 면에 수직하지 않도록 할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 제 1 렌즈(110)의 광축(111)과 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 모두 서로 평행한 상태에서, 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 제 1 렌즈(110)의 광축(111)에 비해 일정 거리만큼 시프트(shift)되어 있도록 조명 광학계(100)를 설계할 수 있다. 여기서 상기 일정 거리(DILL)는 아래와 같은 수학식 1을 만족하도록 설정될 수 있다.
Figure 112017058296518-pat00001
상기 수학식 1에서 Doffset은 투사 광학계(200)의 오프셋의 값을 의미한다. 투사 광학계(200)의 오프셋이란, 패널(300)에 형성되는 영상(310)의 중심으로부터 투사 광학계(200)의 광축(211)이 시프트한 정도, 즉 영상(310)의 중심과 투사 광학계(200)의 광축(211) 간의 거리로 정의될 수 있다. 상기 수학식 1과 같이 DILL의 범위를 정함으로써, 조명 광학계(100)를 통과하여 패널(300)에 입사된 광선(510)의 광선속 모두가 투사 광학계(200)를 통과하여 스크린(50)에 도달하도록, 즉 조명 광학계(100)가 광선(510)을 낭비 없이 높은 효율로 투사 광학계(200) 쪽으로 전달하도록 할 수 있다.
한편, 복수의 제 2 렌즈(120, 130) 각각의 광축은 서로 다를 수도 있고, 서로 동일할 수도 있다. 다만 어떤 경우든, 이들 제 2 렌즈(120, 130) 각각의 광축이 모두 제 1 렌즈(110)의 광축(111)으로부터 시프트되어 있도록 하되, 상기 시프트의 정도는 상기 수학식 1을 만족하는 범위 내에서 각각 정해지도록 할 수 있다. 다만, 이하에서는 편의상 제 2 렌즈(120, 130)가 공통된 광축(121)을 갖는 것으로 가정하고 설명하도록 한다.
또한, 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 제 1 렌즈(110)의 광축(111)으로부터 시프트된 방향은, 패널(300)에 형성된 영상(310)의 중심이 투사 광학계(200)의 광축(211)으로부터 시프트된 방향, 즉 패널(300)의 법선 중 상기 영상(310)의 중심을 지나는 법선이 투사 광학계(200)의 광축(211)으로부터 시프트된 방향과 동일하도록 설정될 수 있다.
도 4a 내지 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 조명 광학계의 설계에 대해 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 4a 내지 5b에서, z축은 패널(300)에 형성된 영상(310)의 법선 방향이라 가정하고, x축(가로 방향)은 영상(310)의 장축 방향, y축(세로 방향)은 영상(310)의 단축 방향으로 가정한다. 즉, 영상(310)은 x축 방향인 가로 방향으로 길쭉한 영상이라고 가정하도록 한다.
도 4a 및 4b는 투사 광학계(200)의 오프셋이 단축 방향으로 존재하는 경우의 예시를 나타낸다. 도 4a는 조명 광학계(100)를 위에서 내려다본 것으로, 제 1 렌즈(110)의 광축(111)과 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)은 서로 겹쳐져 보인다. 도 4b는 조명 광학계(100)를 측면에서 바라본 것으로, 제 1 렌즈(110)의 광축(111)에 비해 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 시프트되어 있는 것을 볼 수 있다.
도 5a 및 5b는 투사 광학계(200)의 오프셋이 장축 방향으로 존재하는 경우의 예시를 나타낸다. 도 4a는 조명 광학계(100)를 위에서 내려다본 것으로, 제 1 렌즈(110)의 광축(111)에 비해 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 시프트되어 있는 것을 볼 수 있다. 도 4b는 조명 광학계(100)를 측면에서 바라본 것으로, 제 1 렌즈(110)의 광축(111)과 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)은 서로 겹쳐져 보인다. 이처럼 도 4a 내지 5b를 통해 볼 수 있는 바와 같이, 투사 광학계(200)의 오프셋의 방향에 기초하여 제 1 렌즈(110)의 광축(111)에 비해 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 시프트되는 방향이 결정되도록 할 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 패널에 형성되는 영상의 각 위치(Field)에서의 CRA(chief ray angle)에 대해 설명하기 위한 도면이다. CRA는 해당 위치에서의 주광선이 패널(300)의 법선과 이루는 각을 가리킨다. 도 6a는 투사 광학계(200)의 오프셋이 단축 방향으로 존재하는 경우를 나타내며, 투사 광학계(200)의 광축(211)은 F1 근처에서 패널(300)과 만난다. 이 때 영상(310)의 각 위치에서의 CRA의 값은 아래 표 1과 같을 수 있다.
Field CRA (degree)
F1 1.2
F2 5.6
F3 12.4
F4 13.0
F5 13.9
F6 19.2
도 6b는 투사 광학계(200)의 오프셋이 장축 방향으로 존재하는 경우를 나타내며, 투사 광학계(200)의 광축(211)은 P1 근처에서 패널(300)과 만난다. 이 때 영상(310)의 각 위치에서의 CRA의 값은 아래 표 2와 같을 수 있다.
Field CRA (degree)
P1 1.2
P2 4.5
P3 8.5
P4 9.7
P5 19.1
P6 20.5
상기 표 1 및 2를 살펴보면, 영상(310)의 각 위치에서의 CRA의 값은, 해당 위치가 투사 광학계(200)의 광축(211)으로부터 멀리 떨어져 있을수록 증가함을 알 수 있다. 이에 따르면, 영상(310)의 각 위치로부터 방사된 주광선(510)은 투사 광학계(200)에 진입하면서 투사 광학계(200)의 광축(211)을 향해 수렴해 가게 된다. 이는 작은 직경의 렌즈(210)를 사용하여 투사 광학계(200)를 설계하는 것이 용이함을 의미한다.
도 7 및 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영상 투사 장치의 조명 광학계를 도시한 도면이다. 도 7은 조명 광학계(100)가 3개의 제 2 렌즈(120, 130, 140)를 포함하도록 구성된 실시예를 나타낸다. 렌즈의 개수가 늘어나는 것은 장치의 소형화에 불리하지만, 광학계의 에탕듀(etendue)의 값이 큰 경우, 혹은 광학계의 광축 방향 전장(全長)의 길이를 짧게 할 경우 등에는 도 7의 실시예와 같이 3개 이상의 제 2 렌즈(120, 130, 140)가 조명 광학계(100)에 포함되도록 할 수 있다.
도 8은 제 1 렌즈(110)의 광축(111)이 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)에 대해 기울어지도록 한 실시예를 나타낸다. 영상(310)에서 원하는 CRA 값의 분포를 얻기 위해, 광축들 간의 시프트 외에도 광축 간의 기울어짐(tilt)이 병행되도록 할 수 있다. 즉, 패널(300)과 제 1 렌즈(110)가 제 2 렌즈(120, 130)에 대해 기울어지도록 할 수 있다는 의미이다.
상기 기울어진 정도를 나타내는 각(θtilt)은 0˚보다는 크고 CRA의 최대값 보다는 작을 수 있다. 이와 같은 조건 하에서, 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)은 제 1 렌즈(110)의 광축(111)과 만나며 예각을 형성하게 된다. 또한, 기울어진 방향은 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 광원(510) 쪽으로부터 제 1 렌즈(110) 방향으로 진행할수록 제 1 렌즈(110)의 광축(111)에 근접하도록 정해질 수 있다.
이에 의하면, 도 8에 평면적으로 도시된 바를 기준으로 할 때, 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 제 1 렌즈(110)의 광축(111)에 비해 위쪽으로 시프트되어 있을 경우, 기준선(301)에 비해 패널(300)의 윗부분이 조명 광학계(100) 쪽으로 기울게 될 것이다. 이와 반대로, 제 2 렌즈(120, 130)의 광축(121)이 제 1 렌즈(110)의 광축(111)에 비해 아래쪽으로 시프트되어 있을 경우, 기준선(301)에 비해 패널(300)의 윗부분이 투사 광학계(200) 쪽으로 기울게 될 것이다. 이와 같은 기울어짐을 가미함으로써, 광학계의 설계를 보다 용이하게 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 장치의 조명 광학계를 구성하는 방법의 순서를 도시한 도면이다. 단, 도 9에 도시된 방법은 본 발명의 일 실시예에 불과하므로 도 9에 의해 본 발명의 사상이 한정 해석되는 것은 아니며, 도 9에 도시된 방법의 각 단계는 경우에 따라 도면에 도시된 바와 그 순서를 달리하여 수행될 수 있음은 물론이다.
우선, 제 1 렌즈(110)를 광선(510)이 패널(300)까지 진행하는 경로 상에 배치할 수 있다(S110). 다음으로, 제 2 렌즈(120, 130)를 상기 경로 상에서 제 1 렌즈(110)에 비해 패널(300)로부터 먼 위치에 배치할 수 있다(S120). 이와 같은 배치 조건 하에서, 제 1 렌즈(110)의 광축(111)과 제 2 렌즈(120)의 광축(121) 간의 관계를 조절할 수 있다(S130). 이와 같은 광축 간의 관계 조절은 상기 수학식 1에 기초하여 수행될 수 있으며, 경우에 따라서는 도 8을 통해 설명한 광축 간의 기울어짐을 병행할 수도 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비 텔레센트릭(non-telecentric)한 특징을 갖는 조명 광학계의 렌즈의 설계 사항을 조절함으로써, 투사 광학계의 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 영상 투사 장치의 전체적인 크기가 작아지고 휴대성이 증대될 수 있다.
50: 영상 투사 시스템
60: 스크린
100: 조명 광학계
200: 투사 광학계
300: 패널
400: PBS부
500: 광원
600: 반사부
700: 인티그레이터(integrator)

Claims (9)

  1. 스크린에 확대되어 투사될 영상이 형성되는 패널(panel), 상기 영상의 형성을 위해 상기 패널에 입사되는 복수의 광선속(光線束)으로 이루어지는 광선을 방사하는 광원, 인티그레이터, 및 상기 패널과 상기 스크린 사이에서 상기 영상을 확대하는 투사 광학계를 포함하는 영상 투사 장치를 위하여, 상기 인티그레이터를 투과한 광선을 입사받는 조명 광학계로서,
    상기 광선이 상기 패널까지 진행하는 경로 상에 위치하는 제 1 렌즈; 및
    상기 경로 상에 위치하되, 상기 제 1 렌즈에 비해 상기 패널로부터 먼 곳에 위치하며, 상기 제 1 렌즈의 광축과는 상이한 광축을 갖는, 하나 이상의 제 2 렌즈를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈의 광축과 상기 제 2 렌즈의 광축은 서로 평행하되, 상기 제 1 렌즈의 광축과 상기 제 2 렌즈의 광축 간의 이격 거리는, 상기 투사 광학계의 광축과 상기 패널이 형성하는 상기 영상의 중심 사이의 이격 거리에 기초하여 결정되는
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈의 광축과 상기 제 2 렌즈의 광축 간의 이격 거리는, 상기 투사 광학계의 광축과 상기 영상의 중심 간의 이격 거리보다 작은
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈의 광축이 상기 패널의 법선(法線) 및 상기 투사 광학계의 광축과 평행할 때, 상기 제 2 렌즈의 광축이 상기 제 1 렌즈의 광축으로부터 시프트(shift)된 방향은, 상기 패널의 법선 중 상기 영상의 중심을 지나는 법선이 상기 투사 광학계의 광축으로부터 시프트된 방향과 동일한
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈의 위치는, 상기 패널에 입사된 상기 광선속 모두가 상기 투사 광학계를 통과하여 상기 스크린에 도달하도록 결정되는
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈의 개수는 2개 이상인
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈 각각은, 서로 동일한 광축을 갖는
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈 각각의 광축은 서로 평행하되, 상기 제 2 렌즈 각각의 광축은 상기 제 1 렌즈의 광축과 만나며 예각을 형성하는
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈 각각의 광축은, 상기 광원으로부터 상기 제 1 렌즈 방향으로 진행할수록 상기 제 1 렌즈의 광축에 근접하는
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계.
  9. 스크린에 확대되어 투사될 영상이 형성되는 패널, 상기 영상의 형성을 위해 상기 패널에 입사되는 복수의 광선속(光線束)으로 이루어지는 광선을 방사하는 광원, 인티그레이터, 및 상기 패널과 상기 스크린 사이에서 상기 영상을 확대하는 투사 광학계를 포함하는 영상 투사 장치를 위하여, 상기 인티그레이터를 투과한 광선을 입사받는 조명 광학계를 구성하는 방법으로서,
    상기 광선이 상기 패널까지 진행하는 경로 상에 제 1 렌즈를 위치시키는 단계; 및
    상기 제 1 렌즈의 광축과는 상이한 광축을 갖는, 하나 이상의 제 2 렌즈를 상기 경로 상에 위치시키되, 상기 제 1 렌즈에 비해 상기 패널로부터 먼 곳에 위치하도록 하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈의 광축과 상기 제 2 렌즈의 광축은 서로 평행하되, 상기 제 1 렌즈의 광축과 상기 제 2 렌즈의 광축 간의 이격 거리는, 상기 투사 광학계의 광축과 상기 패널이 형성하는 상기 영상의 중심 사이의 이격 거리에 기초하여 결정되는
    영상 투사 장치를 위한 조명 광학계 구성 방법.
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